Zylinderkopfhaube

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise Zylinderkopfhaube, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehend, aufweisend ein Gehäuse, welches bestimmte Funktionselemente abdeckt, wobei das Gehäuse dicht mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden ist wobei die Abdeckung flüssigkeitsdichte Kanäle zum Transport von Kühlflüssigkeit aufweist, wobei die Kanäle mit entsprechenden Kühlflüssigkeitskanälen des Zylinderkopfes verbindbar sind.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Heutige Brennkraftmaschinen sind zum allergrößten Teil Flüssigkeitsgekühlt. Dabei sind im Zylinderblock und im Zylinderkopf Kühlflüssigkeitskanäle enthalten, welche dazu dienen, die empfindlichen Zylinder mit den darin laufenden Kolben vor einer Überhitzung zu schützen. Da jedoch die Zylinderabstände immer geringer werden, wird es schwierig Kühlflüssigkeitskanäle zwischen den Zylindern gemäß dem Querstromprinzip von der einen Zylinderblocklängsseite zur anderen zu leiten.

[0003] Die DE 196 34 958 zeigt eine Möglichkeit thermoplastische Zylinderkopfhauben mittels des Gasinnendruckverfahrens mit Kanälen zu versehen, welche das Schmieröl innerhalb der Zylinderkopfhaube zur Nockenwelle transportieren und aus diesen Kanälen heraus auf die Nockenwelle zu spritzen. Hier wird also eine Möglichkeit gezeigt, Schmieröl über Kanäle in der Zylinderkopfhaube bis zu einem bestimmten Punkt zu transportieren um das Schmieröl dort wieder abgeben zu können.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Zylinderkopfhaube anzugeben, welche den brennkraftmaschinenseitigen Kühlflüssigkeitskreislauf aufnimmt und verlustfrei weitergibt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Die erfindungsgemäße Abdeckung für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise Zylinderkopfhaube, besteht bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial. Hier ist beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyamid oder Polypropylen zu nennen. Die Abdeckung weist ein Gehäuse, welches bestimmte Funktionselemente abdeckt, auf, wobei das Gehäuse dicht mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Funktionselemente sind dabei beispielsweise der Kurbeltrieb oder aber auch eine Kurbelgehäusegasentlüftungsvorrichtung. Weiterhin weist die Abdeckung flüssigkeitsdichte Kanäle zum Transport von Kühlflüssigkeit auf, wobei die Kanäle mit entsprechenden Kühlflüssigkeitskanälen des Zylinderkopfes verbindbar sind. Dadurch kann die Kühlwasserverteilung aus dem Zylinderblock heraus einfach und kostengünstig weitergeführt werden. Durch das geschlossene System der flüssigkeitsdichten Kanäle erhöht sich weiterhin in sehr vorteilhafter Weise die Steifigkeit der Brennkraftmaschinenabdeckung. Weiterhin führen die erhöhte Steifigkeit und die erhöhte Masse der Abdeckung zu einer verbesserten Akustik durch eine bessere Dämmung der mechanischen Geräusche des Kurbeltriebes.

[0006] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen wenigstens ein Teil der flüssigkeitsdichten Kanäle der Abdeckung Flanschanschlüsse zur Verbindung mit dem Zylinderkopf auf. Dabei sind diese Flanschanschlüsse parallel zur Verbindungsebene zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet, so dass die Flanschanschlüsse bevorzugt direkt in Öffnungen innerhalb der planen Dichtfläche des Zylinderkopfes dichtend eingreifen können. Weiterhin sind Dichtmittel für die Flanschanschlüsse vorgesehen, welche seitlich außerhalb von weiteren Dichtmitteln zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet sind. Die ersten Dichtmittel für die Flanschanschlüsse können beispielsweise durch O-Ringe, 2-K-Dichtungen oder Labyrinthdichtungen dargestellt werden. Die Dichtmittel zwischen Zylinderkopf und Abdeckung können ebenso aus beispielsweise einer thermoplastischen Elastomerdichtung oder Korkdichtungen oder auch ausgespritzten Dichtungen bestehen. Wichtig ist hierbei die getrennte, unabhängige Verwendung der beiden Dichtmittel, so dass ein Versagen einer Dichtung in der Flanschverbindung zwischen flüssigkeitsdichtem Kanal und Zylinderkopf nicht zu einem Eintreten von Kühlflüssigkeit in das Innere der Abdeckung führen kann. So sind die innerhalb der Abdeckung liegenden Funktionselemente vor eindringender Kühlflüssigkeit geschützt. Bevorzugt sind dabei die Dichtmittel für die Flanschanschlüsse und die Dichtmittel für die Verbindung zwischen Abdeckung und Zylinderkopf vollkommen autark und separat ausgeführt, es ist jedoch auch möglich diese Dichtmittel beispielsweise über einen Steg zur Handlingverbesserung miteinander zu verbinden.

[0007] Es ist vorteilhaft, wenn die flüssigkeitsdichten Kanäle im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und die Kühlflüssigkeitsleitungen der Längsseiten des Zylinderkopfes quer zur Ausrichtung der Zylinder miteinander verbinden. Dabei ersetzen die flüssigkeitsdichten Kanäle die zwischen den Zylindern verlaufenden Querstromkanäle innerhalb des Zylinderblockes, wodurch sich der Vorteil einer einfacheren Zylinderblockfertigung ergibt. Hier kann bei der Herstellung des Zylinderblockes auf Sandkerne für die Querkanäle im Zylinderblock verzichtet werden. Weiterhin erfolgt hierdurch eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb des Kühlsystems.

[0008] Alternativ hierzu können die flüssigkeitsdichten Kanäle auch parallel zu den Längsseiten des Zylinderkopfes verlaufen und in einen gemeinschaftlichen Anschlussflansch münden. Die Kühlung erfolgt hierbei in Einzelkanälen im Zylinderblock von unten nach oben, wobei anschließend an den Zylinderblock über Einzelflanschanschlüsse die Kanäle gebündelt zu einem großen Kanal innerhalb der Abdichtung zusammengefasst werden und dann jeweils der Längsseite des Zylinderblockes folgend zu einem Auslassflansch führen. In vorteilhafter Weise wird hierdurch am Zylinderblock der bislang erforderliche Auslassstutzen für das Kühlwasser eingespart, da dieser Kostenneutral an die Abdeckung mit angeformt werden kann. Wenn der Auslass an der Abdeckung direkt mit dem Kühler verbunden ist, ergibt sich durch die Verringerung von Schlauchleitungen ein kürzerer Kühlkreislauf wodurch eine geringere Pumpenleistung erforderlich ist. Die geringere Pumpenleistung wirkt sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine aus. Weiterhin wird ein schnelleres Aufheizen des Motors durch den kürzeren Kühlkreislauf mit reduzierter Kühlmittelmenge erreicht, wodurch die Warmlaufphase reduziert werden kann, welche sich ebenfalls positiv auf den Kraftstoffverbrauch und auf die Emissionen auswirkt. Die reduzierte Kühlmittelmenge ergibt weiterhin eine Gewichtseinsparung welches gerade im Bereich der Kraftfahrzeuge sehr wichtig ist. Da bei diesem Konzept die Kühlung von unten nach oben entsprechend der normalen Temperaturverteilung innerhalb einer Flüssigkeit vollzogen wird, liegen an allen Zylindern die gleichen Kühlmitteltemperaturen an und es entstehen somit homogenere Kühlbedingungen welche sich vorteilhaft auf die Ausdehnung und den Verzug des gesamten Systems innerhalb der Brennkraftmaschine auswirken.

[0009] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die flüssigkeitsdichten Kanäle in Zweischalentechnik hergestellt. Die beiden Teilschalen werden beispielsweise über ein Schweiß- oder Klebverfahren flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Das Schweißverfahren kann zum Beispiel ein Vibrations- oder ein Laserschweißverfahren sein. Diese Verfahren sich äußerst einfach und kostengünstig und durch die flüssigkeitsdichte Verbindung durch Schweißen oder Kleben ist auch eine hohe Prozesssicherheit gegeben.

[0010] Alternativ hierzu können die flüssigkeitsdichten Kanäle auch im Kernausschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird ein Metallkern mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der Kunststoff der Abdeckung umspritzt, wodurch sich die flüssigkeitsdichten Kanäle durch das Volumen des Metallkerns ergeben. Nach dem Aushärten des Kunststoffes, wird die Abdeckung mit dem Metallkern in einem Ölbad auf eine Temperatur größer als die Schmelztemperatur des Metallkerns, beispielsweise eine Zinn-Wismut-Legierung, erhitzt, welche unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffs liegt. Dadurch wird der Metallkern ausgeschmolzen und es entstehen die flüssigkeitsdichten Kanäle, welche durch die homogene Herstellung einen sehr hohen Berstdruck aufweisen.

[0011] Eine weitere Alternative Möglichkeit zur Herstellung der flüssigkeitsdichten Kanäle besteht darin, eine Gasinjektionstechnik oder Wasserinjektionstechnik zu verwenden, welche im Stand der Technik hinreichend bekannt ist und hier nicht weiter erläutert werden muss.

[0012] Es ist vorteilhaft, wenn die flüssigkeitsdichten Kanäle gleichzeitig Mittel zur Entlüftung des Kühlflüssigkeitssystems aufweisen. Da die flüssigkeitsdichten Kanäle durch die Anordnung in der Zylinderkopfabdeckung geodätisch recht hoch liegen, ist es hier möglich, am höchsten Punkt jeweils eine Entlüftungsvorrichtung anzuordnen, um so im Kühlflüssigkeitssystem vorhandene Luft abzulassen. Bevorzugt kann dies über eine einfach zu Öffnende Schraubverbindung erfolgen, welche am obersten Punkt der flüssigkeitsdichten Kanäle angeordnet ist. Hierdurch entfällt auch das teure Erstbefüllen des Kühlflüssigkeitssystems über das Anlagen eines Unterdrucks im Flüssigkeitssystem der Brennkraftmaschine.

[0013] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kühlflüssigkeitsausgleichsbehälter in die Abdeckung integriert, wobei die flüssigkeitsdichten Kanäle korrespondierend damit dichtend verbunden sind. Hier könnte die Entlüftung beispielsweise auch über den Kühlflüssigkeitsausgleichsbehälter erfolgen, und durch den Entfall weiterer Leitungen zu dem Ausgleichsbehälter ergeben sich die oben genannten Vorteile durch die Reduzierung des Kühlkreislaufes. Der Kühlfüssigkeitsausgleichsbehälter kann zweistückig oder einstückig mit der Abdeckung verbunden sein und ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff im Spritzgieß- oder Blasformverfahren hergestellt.

[0014] Die flüssigkeitsdichten Kanäle können einerseits im Wesentlichen im Inneren der Abdeckung verlaufen, so dass eine Krafteinwirkung von außen nicht automatisch zu einer Undichtigkeit der flüssigkeitsdichten Kanäle führt. Andererseits ist es auch möglich, die flüssigkeitsdichten Kanäle im Wesentlichen außerhalb der Abdeckung zu führen, so dass diese beispielsweise nachträglich mit der Abdeckung für die Brennkraftmaschine verbunden werden können. Die Verbindung kann beispielsweise lösbar oder unlösbar über ein Klips- oder Schraubverfahren bzw. in Schweiß- oder Klebverfahren erfolgen.

[0015] Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Zeichnungen anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigt

[0017] Figur 1 eine Variante der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube in einer schematischen Ansicht,

[0018] Figur 2 eine alternative Zylinderkopfhaube in einer schematischen Ansicht und

[0019] Figur 3 einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0020] Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube 10 in schematischer Ansicht. Die Zylinderkopfhaube 10 weist einen Öleinfüllstutzen 11 sowie eine benachbart dazu angeordnete Abdeckung 12 für einen Ölabscheider auf. Der Ölabscheider dient dazu, Öltröpfchen aus einem Blow-by-Gasstrom abzutrennen, wobei der Ölabscheider ein Vlies, ein Metallgewirk oder auch einen oder mehrere Zyklone beinhalten kann. An der Abdeckung 12 für den Ölabscheider ist ein Anschlussflansch 13 zur Abführung des gereinigten Blow-by-Gases vorgesehen. Am Umfang der Zylinderkopfhaube 10 verteilt sind mehrere Befestigungsbohrungen 14 angeordnet, welche sich außerdem auch im mittleren Bereich der Zylinderkopfhaube 10 befinden. Mittels dieser Befestigungsbohrungen 14 ist es möglich, die Zylinderkopfhaube 10 über Schraubverbindungen dicht mit einem hier nicht dargestellten Zylinderkopf zu verbinden. Weiterhin sind im mittleren Bereich der Zylinderkopfhaube 10 mehrere Öffnungen 15 beispielsweise zum Einsetzen von Zündkerzen oder Injektoren angeordnet. Quer über die Längsseite der Zylinderkopfhaube 10 sind mehrere flüssigkeitsdichte Kühlflüssigkeitsleitungen 16 vorgesehen, welche aus einer ersten Halbschale 17 welche lösbar oder unlösbar mit der Zylinderkopfhaube 10 verbunden ist, und einer zweiten Halbschale 18, welche beispielsweise über ein Vibrationsschweiß- oder Klebverfahren mit der ersten Halbschale 17 verbunden wird, bestehen. Die flüssigkeitsdichten Kühlflüssigkeitsleitungen 16 bestehen dabei bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff wodurch die Verbindung der Halbschalen 17, 18 mittels eines Schweißverfahrens vereinfacht wird. Es ist jedoch auch bei einstückigen Kühlflüssigkeitsleitungen möglich diese aus einem Metall auszuführen. Die Kühlflüssigkeitsleitungen 16 sind hierbei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und überführen die Kühlflüssigkeit von der einen Zylinderblockseite zur anderen. Dadurch ist es möglich oft zwischen den Zylindern angeordnete Querstromkühlflüssigkeitsleitungen im Zylinderblock zu verzichten, welches die Fertigung des Zylinderblockes stark vereinfacht. Im oberen Bereich der Kühlflüssigkeitsleitungen sind jeweils Entlüftungsschrauben 19 angeordnet, welche dazu dienen, beim Befüllen des Kühlflüssigkeitssystems für eine Entlüftung desselben zu sorgen. Die Schrauben werden gelöst, oder ganz rausgeschraubt beim Befüllen des Kühlflüssigkeitssystems und erst beim Austreten von Kühlflüssigkeit, nachdem die im System vorhandene Luft durch die Öffnungen ausgetreten ist, wieder verschlossen.

[0021] Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 10. Der vorherigen Figur entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die flüssigkeitsdichten Kühlflüssigkeitsleitungen 16 münden hierbei in Sammelleitungen 21, welche parallel zu den Längsseiten des Zylinderblocks angeordnet sind. Diese Sammelleitungen werden an einem Ende in einen gemeinsamen Kühlflüssigkeitsauslass 20 gebündelt. Dadurch wird am Zylinderblock der bislang erforderliche Auslassstutzen für die Kühlflüssigkeit eingespart, da dieser nun kostenneutral an die Zylinderkopfhaube 10 in der Zusammenführung der Sammelleitungen 21 mit angeformt werden kann. An den Kühlflüssigkeitsauslass 20 wird daraufhin ein hier nicht dargestellter Kühlflüssigkeitsschlauch angeschlossen, welcher dann in den Kühler mündet. Bei dieser Lösung besteht der Vorteil darin, dass die Kühlflüssigkeit von unten in den Zylinderblock gleichmäßig in von unten nach oben verlaufende Kanäle einströmen kann, und dann oben in den Sammelleitungen 21 gesammelt wird. Dabei ergibt sich ein besonders homogenes Temperaturfeld der Kühlflüssigkeit zwischen den einzelnen Zylindern.

[0022] Die Figur 3 zeigt einen Teilausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfhaube 10 in einer Ansicht von unten. Den vorherigen Figuren entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Ansicht sind Anschlussflansche 22 zu erkennen, welche die Enden der Kühlflüssigkeitsleitungen 16 darstellen. Diese Anschlussflansche 22 werden in entsprechende Aufnahmebohrungen des hier nicht dargestellten Zylinderblocks zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit eingesetzt. Dabei weisen die Anschlussflansche 22 eigenständige Dichtungen 23 zur flüssigkeitsdichten Abdichtung der Verbindung zwischen Zylinderkopfhaube 10 und Zylinderblock auf. Separat davon ist eine Dichtung 24 der Zylinderkopfhaube ausgeführt, welche die Verbindung zwischen Zylinderkopfhaube 10 und Zylinderblock darstellt. Durch diese getrennte Anordnung der Dichtungen 23 und 24 wird gewährleistet, dass bei einem Ausfall einer der Dichtungen 23 oder einer Beschädigung der Kühlflüssigkeitsleitungen 16 kein Kühlwasser in das Innere der Zylinderkopfhaube 10 und damit an den Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine gelangt.

Ansprüche

1. Abdeckung für eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise Zylinderkopfhaube, vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehend, aufweisend ein Gehäuse, welches bestimmte Funktionselemente abdeckt, wobei das Gehäuse dicht mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet dass die Abdeckung flüssigkeitsdichte Kanäle zum Transport von Kühlflüssigkeit aufweist, wobei die Kanäle mit entsprechenden Kühlflüssigkeitskanälen des Zylinderkopfes verbindbar sind.

2. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der flüssigkeitsdichten Kanäle Flanschanschlüsse zur Verbindung mit dem Zylinderkopf aufweisen, welche parallel zur Verbindungsebene zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet sind, wobei weiterhin Dichtmittel für die Flanschanschlüsse vorgesehen sind, welche seitlich außerhalb von Dichtmitteln zwischen Zylinderkopf und Abdeckung angeordnet sind.

3. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle im Wesentlichen parallel verlaufen und die Kühlflüssigkeitsleitungen der Längsseiten des Zylinderkopfes quer zur Ausrichtung der Zylinder miteinander verbinden.

4. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis zwei, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle parallel zu den Längsseiten des Zylinderkopfes verlaufen und in einen gemeinschaftlichen Anschlussflansch münden.

5. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle in Zwei-Schalen-Technik hergestellt sind.

6. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle im Kernausschmelzverfahren hergestellt sind.

7. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle mittels Gas-Injektions-Technik oder Wasser-Injektions-Technik hergestellt sind.

8. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle Mittel zur Entlüftung des Kühlflüssigkeitssystems aufweisen.

9. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlflüssigkeitsausgleichsbehälter in die Abdeckung integriert ist, wobei die flüssigkeitsdichten Kanäle korrespondierend damit dichtend verbunden sind.

10. Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle im Wesentlichen im Inneren der Abdeckung verlaufen.

11. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigkeitsdichten Kanäle im Wesentlichen außerhalb der Abdeckung verlaufen.

Zeichnung