DE102004005796B4

DE102004005796B4 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004005796B4
Application number: DE102004005796.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Betsch Jochen; Dipl.-Ing. Dettenmaier Michael; Dipl.-Ing. Heinrich Dirk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: US20050172917A1; DE102004005796A1

Abstract

Zylinderkopf (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfdach (8) zwischen einem Kühlmittelraum (7) und einem darüber liegenden Ölraum (9), mit mehreren in den Ölraum (9) vorstehenden und am Umfangsbereich eines jeden Zylinderabschnittes (15) angeordneten Schraubenpfeifen (16 bis 19), ferner mit im Ölraum (9) verlaufenden Versteifungsrippen (22 bis 25), von denen pro Zylinderabschnitt (15) mindestens eine Versteifungsrippe von einem für jeden Zylinderabschnitt (15) vorgesehenen Schacht (14) zur Aufnahme einer Zündkerze oder Einspritzdüse ausgeht, wobei die zu einem Zylinderabschnitt (15) gehörenden Schraubenpfeifen (16 bis 19) über je eine Versteifungsrippe (22 bis 25) mit dem im selben Zylinderabschnitt (15) zentral liegenden Schacht (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Schacht (14) in Zylinderkopfquerrichtung verlaufende Rippenstege (26, 27) angeformt sind, und dass die Versteifungsrippen (22 bis 25) mit den Rippenstegen (26, 27) verbunden sind und bei einem um die Längsachse geneigt angeordneten Zylinderkopf (1) die Versteifungsrippen (22 bis 25) jeweils – im Querschnitt gesehen – ein etwa sägezahnförmiges Profil mit einer von dem Zylinderkopfdach (8) aus steil ansteigenden Flanke (28, 29) auf der einer tiefer liegenden Gehäusewand (5) zugewandten Seite der Versteifungsrippen (22 bis 25) liegend und einer horizontal verlaufenden Flanke (30, 31) auf der einer höher liegenden Gehäusewand (4) zugewandten Seite der Versteifungsrippe (22 bis 25) liegend aufweisen und mindestens einer der im Ölraum (9) angeordneten Versteifungsrippen (22 bis 25) eine vom Zylinderkopfdach (8) aus in den Kühlmittelraum (7) vorstehende Verstärkungsrippe (32 bis 34) gegenüberliegt, wobei mehrere Verstärkungsrippen (32 bis 34) den Versteifungsrippen (22 bis 25) gegenüberliegen und dass die Verstärkungsrippen (32 bis 34) in Längsrichtung verlaufend den Kühlmittelraum (8) durchsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfdach zwischen einem Kühlmittelraum und einem darüber liegenden Ölraum, mit mehreren in den Ölraum vorstehenden und am Umfangsbereich eines jeden Zylinderabschnittes angeordneten Schraubenpfeifen, ferner mit im Ölraum verlaufenden Versteifungsrippen, von denen pro Zylinderabschnitt mindestens eine Versteifungsrippe von einem für jeden Zylinderabschnitt vorgesehenen Schacht zur Aufnahme einer Zündkerze oder Einspritzdüse ausgeht. Dabei sind die zu einem Zylinderabschnitt gehörenden Schraubenpfeifen über je eine Versteifungsrippe mit dem im selben Zylinderabschnitt zentral liegenden Schacht verbunden.
Aus der gattungsgemäßen DE 198 33 533 A1 ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit zumindest zwei in Reihe liegenden Zylindern, mit je Zylinder zumindest einem von einer Brennraumplatte ausgehenden Einlass- und Auslasskanal, mit beiderseits der Kanäle angeordneten Schraubenbutzen für Zylinder-Befestigungsschrauben, die innerhalb der Seitenwände des Zylinderkopfes angeordnet sind und mit einem zentralen Brennraum in der Brennraumplatte vorgesehenen Schacht für ein Funktionsbauteil. Zur Erzielung einer fertigungstechnisch günstigen, baulich kompakten und extrem biegesteifen Konstruktion sind die frei abragenden Seitenwände mit den tiefer liegenden Schrauben-Auflageflächen der benachbarten Schraubenbutzen und Bereichen der Kanalwände des zumindest einen Ein- und/oder Auslasskanals im Querschnitt gesehen im Wesentlichen in einer gedachten Linie angeordnet, die V-förmig schräg zur Zylindermittelachse etwa in der Zylindermittelebene die Zylinderkopf-Auflagefläche durchstoßen.
Aus der DE 35 13 126 C2 ist ebenfalls ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt. Bei diesem Zylinderkopf sind zur Verbesserung der Steifigkeit die einzelne Schächte für die Aufnahme der Zündkerze oder Einspritzdüse über zwei im Ölraum liegende und in Zylinderkopflängsrichtung verlaufende Versteifungsrippen an die Lagerstühle der Nockenwellen angebunden. Eine derartige Versteifungsmaßnahme wirkt sich jedoch hauptsächlich im zentralen Bereich eines jeden Zylinderabschnittes aus.
Ferner ist aus der DE 196 00 448 C1 ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem im Kühlmittelraum liegende Verstärkungsrippen angeordnet sind, welche die Schraubenpfeifen zur Aufnahme der Zylinderkopfschrauben mit einem Gaswechselkanal verbinden. Hierdurch wird ebenfalls nur eine auf den Umfangsbereich der Zylinderabschnitte hauptsächlich wirkende Versteifung des Zylinderkopfes erzielt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf der gattungsgemäßen Bauart derart zu verbessern, das mit einem geringen baulichen Aufwand eine großflächig wirkende Versteifung des Zylinderkopfes erreicht wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, das die zu einem Zylinderabschnitt gehörenden Schraubenpfeifen über je eine Versteifungsrippe mit dem im selben Zylinderabschnitt zentral liegenden Schacht verbunden sind.
Bei einem Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine bilden die Schraubenpfeifen sowie der Schacht zur Aufnahme der Zündkerze oder Einspritzdüse Bauelemente, die wesentlich die Steifigkeit des Zylinderkopfes mitbestimmen. Mit der erfindungsgemäßen Verbindung dieser Bauelemente über die Versteifungsrippen wird ein Verbund geschaffen, durch den eine die gesamte Fläche des Zylinderkopfdaches erfassende Versteifung erzielt wird, die wiederum zu einer Erhöhung der Steifigkeit des Zylinderkopfes führt. Dabei wird durch die Lage der Versteifungsrippen im Ölraum erreicht, das hierdurch der Kühlmittelraum und damit die Kühlung selbst nicht beeinträchtigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes nach der Erfindung dargestellt.
Dabei zeigen:
1 Von einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf ein zu einem Zylinderabschnitt gehörendes Teilstück in einem horizontalen Schnitt nach der Linie I-I und
2 den Zylinderkopf aus 1 in einem Querschnitt nach der Linie II-II in einer geneigten Einbaulage.
Ein Zylinderkopf 1 für eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern besteht aus einem einteiligen Gussstück mit einem Zylinderkopfboden 2 und den von diesem nach oben bis zu einer Auflagefläche 3 für eine Zylinderkopfhaube führenden seitlichen Gehäusewänden 4, 5 und den stirnseitigen Gehäusewänden, von den nur eine Gehäusewand 6 zu sehen ist. Der Zylinderkopfboden 2 umschließt zusammen mit den Gehäusewänden 4, 5 und 6 einen Kühlmittelraum 7, der nach oben durch ein mit Abstand vom Zylinderkopfboden 2 und etwa parallel zu diesem verlaufendes Zylinderkopfdach 8 abgeschlossen ist. Oberhalb des Zylinderkopfdaches 8 befindet sich ein Ölraum 9 zur Aufnahme und Lagerung von mindestens einer Nockenwelle sowie der Gaswechselventile. Außerdem wird in diesem Ölraum 9 das aus den Lagerstellen der Nockenwelle austretende Schmieröl gesammelt und in die Ölwanne abgeführt. Der Kühlmittelraum 7 wird von Gaswechselkanälen 10, 11 durchsetzt, die sich von Mündungsöffnungen 12, 13 im Zylinderkopfboden 2 bis zu den seitlichen Gehäusewänden 4, 5 erstrecken. Zwischen den Gaswechselkanälen liegt ein Schacht 14 zur Aufnahme einer Zündkerze oder Einspritzdüse, der sich vom Zylinderkopfboden 2 bis zur Ebene der Auflagefläche 3 erstreckt. Dieser Schacht 14 liegt zentral innerhalb des durch einen strichpunktierten Kreis gekennzeichneten Zylinderabschnittes 15, der gleichzeitig auch den Brennraumabschnitt eines Zylinders bildet. Für die Befestigung des Zylinderkopfes 1 sind pro Zylinderabschnitt 15 vier Schraubenpfeifen 16, 17, 18 und 19 vorgesehen, die außerhalb des Zylinderabschnittes 15 beiderseits einer Längsmittelachse 20 sowie einer Zylinderquerachse 21 jeweils mit gleichem Abstand von den Achsen entfernt angeordnet sind, und die den Zylinderkopf 1 vom Zylinderkopfboden 2 bis zur Ebene der Auflagefläche 3 durchsetzen. Diese Schraubenpfeifen 16 bis 19 bilden zusammen mit dem Schacht 14 wesentliche Versteifungselemente für den Zylinderkopfboden 2 und das Zylinderkopfdach 8 und für den Zylinderkopf 1 insgesamt.
Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit des Zylinderkopfes 1 sind gemäß der Erfindung Versteifungsrippen 22, 23, 24 und 25 vorgesehen, die einstückig mit dem Zylinderkopfdach 8 ausgeführt sind und von diesem aus in den Ölraum 9 vorstehen. Die Versteifungsrippen 22 bis 25 erstrecken sich dabei im wesentlichen in Längsrichtung des Zylinderkopfes 1 und verbinden dabei jeweils eine Schraubenpfeife 16 bis 19 mit dem Schacht 14. So ist die Schraubenpfeife 16 über die Versteifungsrippe 22, die Schraubenpfeife 17 über die Versteifungsrippe 23 und die Schraubenpfeifen 18 bzw. 19 über die Versteifungsrippen 24 bzw. 25 mit dem Schacht 14 verbunden. Die Versteifungsrippen 22 bis 25 wirken dabei wir Brückenbalken, welche insbesondere den Zylinderkopfboden 2 im Bereich der Zylinderabschnitte 15 bereichsweise versteifen.
Der Schacht 14 ist selbst mit in Zylinderkopfquerrichtung verlaufenden Rippenstegen 26 und 27 versehen, die ebenfalls zur Versteifung der Zylinderkopfkonstruktion beitragen und welche in den versteifenden Verbund von Schraubenpfeifen, Versteifungsrippen und Schacht mit einbezogen sind, in dem die Versteifungsrippen 22 bis 25 ebenfalls an die Rippenstege 26 und 27 angebunden sind.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, dass nur einzelne Schraubenpfeifen über eine Versteifungsrippe mit dem Schacht verbunden sind.
Bei in den Ölraum vorstehenden Versteifungsrippen 22 bis 25 besteht grundsätzlich das Problem eines ungehinderten Ablaufes von Schmieröl aus dem Ölraum. Durch entsprechende Öffnungen im Fuß der Versteifungsrippen 22 bis 25 könnte dieses Problem gelöst werden, da hierdurch das sich an den Versteifungsrippen 22 bis 25 eventuell aufstauende Schmieröl durch die Öffnungen in Richtung eines Schmierölrücklaufkanals abgeführt werden kann. Gemäß der Erfindung wird die optimale Abfuhr des Schmieröls aus dem Ölraum 9 jedoch durch eine angepasste Kontur der Versteifungsrippen 22 bis 25 erreicht, die insbesondere bei einer geneigten Einbaulage des Zylinderkopfes 1, wie sie in 2 gezeigt ist, vorteilhaft ist.
In der geneigten Einbaulage des Zylinderkopfes 1 hat der Ölraum eine tiefste Stelle, die durch den Eckbereich zwischen der Gehäusewand 5 und dem Zylinderkopfdach 8 gebildet wird und von der ein nicht dargestellter Schmierölrücklaufkanal ausgeht. Damit sämtliches Schmieröl zu dieser tiefsten Stelle gelangen kann haben die Versteifungsrippen 22 bis 25 eine Rippenkontur, die im Querschnitt gesehen einem Sägezahnprofil ähnelt, wie anhand der Schnittdarstellung durch die Versteifungsrippen 22 und 23 zu erkennen ist. Dabei wird diese Rippenkontur durch eine vom Zylinderkopfdach 8 aus steil aufsteigende Flanke 28, 29, die der Gehäusewand 5 zugewandt ist und von einer horizontal verlaufenden Flanke 30, 31, die der höher gelegenen Gehäusewand 4 zugewandt ist, gebildet. Bezogen auf die Einbaulage bilden somit die Flanken 28 bis 31 einzelne Stufen, über welche das Schmieröl ungehindert zur tiefsten Stelle des Ölraumes 9 ablaufen kann. Das sägezahnförmige Profil der Versteifungsrippen 22 bis 25 hat dabei noch den Vorteil, das insbesondere von der horizontal verlaufenden Flanke 30, 31 flächenmäßig größere Bereiche des Zylinderkopfdaches 8 innerhalb der einzelnen Zylinderabschnitte 15 verstärkt und damit steifer ausgebildet werden.
Die mit den Versteifungsrippen 22 bis 25 erzielte höhere Steifigkeit des Zylinderkopfes 1 wird durch zusätzliche Verstärkungsrippen 32 bis 34 im Kühlmittelraum 7 noch weiter optimiert. Die vom Zylinderkopfdach 8 ausgehenden und ebenfalls in Längsrichtung des Zylinderkopfes 1 sich erstreckenden Verstärkungsrippen 32 bis 34 liegen den Versteifungsrippen 22 bis 25 gegenüber, wodurch die Höhe der Versteifungsrippen 22 bis 25 um die Höhe der Verstärkungsrippen 32 bis 34 vergrößert wird, was die weitere Erhöhung der Steifigkeit des Zylinderkopfes 1 bewirkt. Dabei haben die Verstärkungsrippen (32 bis 34) das gleiche Profil wie die Versteifungsrippen (22 bis 25), wobei die horizontale Flanke (35) unten liegt und die steil verlaufende Flanke (36) auf der zur Gehäusewand 4 weisenden Seite der Verstärkungsrippen (32 bis 34) liegt. Dadurch können sich keine Dampfblasen zwischen den Verstärkungsrippen (32 bis 34) und dem Zylinderkopfdach (8) bilden.

Claims

Zylinderkopf (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopfdach (8) zwischen einem Kühlmittelraum (7) und einem darüber liegenden Ölraum (9), mit mehreren in den Ölraum (9) vorstehenden und am Umfangsbereich eines jeden Zylinderabschnittes (15) angeordneten Schraubenpfeifen (16 bis 19), ferner mit im Ölraum (9) verlaufenden Versteifungsrippen (22 bis 25), von denen pro Zylinderabschnitt (15) mindestens eine Versteifungsrippe von einem für jeden Zylinderabschnitt (15) vorgesehenen Schacht (14) zur Aufnahme einer Zündkerze oder Einspritzdüse ausgeht, wobei die zu einem Zylinderabschnitt (15) gehörenden Schraubenpfeifen (16 bis 19) über je eine Versteifungsrippe (22 bis 25) mit dem im selben Zylinderabschnitt (15) zentral liegenden Schacht (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Schacht (14) in Zylinderkopfquerrichtung verlaufende Rippenstege (26, 27) angeformt sind, und dass die Versteifungsrippen (22 bis 25) mit den Rippenstegen (26, 27) verbunden sind und bei einem um die Längsachse geneigt angeordneten Zylinderkopf (1) die Versteifungsrippen (22 bis 25) jeweils – im Querschnitt gesehen – ein etwa sägezahnförmiges Profil mit einer von dem Zylinderkopfdach (8) aus steil ansteigenden Flanke (28, 29) auf der einer tiefer liegenden Gehäusewand (5) zugewandten Seite der Versteifungsrippen (22 bis 25) liegend und einer horizontal verlaufenden Flanke (30, 31) auf der einer höher liegenden Gehäusewand (4) zugewandten Seite der Versteifungsrippe (22 bis 25) liegend aufweisen und mindestens einer der im Ölraum (9) angeordneten Versteifungsrippen (22 bis 25) eine vom Zylinderkopfdach (8) aus in den Kühlmittelraum (7) vorstehende Verstärkungsrippe (32 bis 34) gegenüberliegt, wobei mehrere Verstärkungsrippen (32 bis 34) den Versteifungsrippen (22 bis 25) gegenüberliegen und dass die Verstärkungsrippen (32 bis 34) in Längsrichtung verlaufend den Kühlmittelraum (8) durchsetzen.
Zylinderkopf für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsrippen (32 bis 34) das gleiche Profil aufweisen wie die Versteifungsrippen (22 bis 25), wobei deren horizontal verlaufenden Flanken (35) unten und die steil ansteigenden Flanken (36) jeweils an der zur Gehäusewand (4) weisenden Seite der Verstärkungsrippen (32 bis 34) liegen.