DE10226688B4

DE10226688B4 - Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10226688B4
Application number: DE10226688A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Rieger; Manfred Dipl.-Ing.(FH) Riester
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2022-06-16
Also published as: DE10226688A1; DE50301942D1; CN1662736A; KR20050012272A; EP1514020A1; WO2003106832A1; EP1514020B1; JP2005535817A

Abstract

Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit
– einem Zylinderkopf unterteil,
– einer Zylinderkopfhaube,
– einer Vorrichtung zur Lagerung einer Welle und/oder Achse einer Gaswechselsteuerung,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung als Rahmen (1) ausgebildet ist, der auf dem Zylinderkopfunterteil gelagert ist und auf den die Zylinderkopfhaube aufgesetzt ist und dass mehrere Vorrichtungen an benachbarten Einzelzylinderköpfen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vorgesehen sind, die als einstückiger Rahmen (1) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 04 637 C2 ist ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Lagerung einer Nockenwelle und einer Kipphebelwelle bekannt. Diese Vorrichtung ist ungefähr in der Mitte des Zylinderkopfes auf dessen Oberseite gelagert und erstreckt sich vom ersten bis zum letzten Zylinder. Eine Zylinderkopfhaube überdeckt die Vorrichtung und wird dichtend auf dem Zylinderkopf befestigt. Die Vorrichtung ist ein relativ schlankes Bauteil, das nur die Kipphebelachsen und die Nockenwelle trägt.

Aus der DE 43 38 186 A1 und der DE 199 53 419 A1 sind jeweils ein Zylinderkopf einer flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschine bekannt, der als Blockzylinderkopf ausgeführt ist und einen Aufsatz auf den Zylinderkopf aufweist, der ein Welle bzw. Achse für eine Gaswechselsteuerung enthält. Der Aufsatz schließt den Zylinderkopf nach oben ab und wird seinerseits von einer Zylinderkopfhaube abgedeckt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Zylinderkopf mit einer Vorrichtung zur Lagerung einer Welle und/oder Achse einer Gaswechselsteuerung zu Verfügung zu stellen, die in sich steif ist, den Zylinderkopf versteift und einfach auf Einzelzylinderköpfe einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Zylinderkopf besteht aus einem Zylinderkopfunterteil in Form mehrerer Einzelzylinderköpfe, der Zylinderkopfhaube und einer Vorrichtung zur Lagerung einer Nockenwelle und/oder einer Kipphebelwelle. Diese Vorrichtung ist als einstückiger Rahmen ausgebildet und ist auf dem Zylinderkopfunterteil gelagert. Um einen Ölverluust an die Umgebung zu verhindern, ist zwischen dem Rahmen und dem Zylinderkopfunterteil eine Dichtung, z.B. eine Flüssigdichtung, eingefügt. Der Zylinderkopf mit dem Rahmen wird nach oben mit einer Zylinderkopfhaube abgeschlossen, die ebenfalls mit einer Dichtung versehen auf den Rahmen aufgesetzt ist. Durch die großflächige Auflage des Rahmens auf dem Zylinderkopf in Form mehrerer Einzelzylinderköpfe ist der Rahmen an sich sehr steif und versteift durch eine Verschraubung mit dem Zylinderkopfunterteil die gesamte Baugruppe Zylinderkopf. Eine Achse und/oder Welle kann separat in den Rahmen vormontiert werden, wodurch sich der Fertigungsprozess in einer Fertigungslinie vereinfacht. Auf diese Weise werden die Einzelzylinderköpfe von ihrer Oberseite durch den steifen Rahmen verbunden und die gesamte Baugruppe Zylinderkopf wird steifer ausgebildet. Ein weiterer Vorteil ist die wesentlich einfachere Montage eines gemeinsamen Bauteils, das vormontiert auf die Einzelzylinderköpfe einer Zylinderreihe montiert wird, im Gegensatz zu mehreren einzelnen Rahmen, die jeweils auf einen Einzelzylinderkopf montiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Achse, die in dem Rahmen oberhalb des Zylinderkopfunterteils gelagert ist, als Kipphebel- oder Schlepphebelachse ausgeführt. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine mit einer untenliegenden Nockenwelle, die Stößelstangen betätigt, und mit Gaswechselventilen im Zylinderkopf wird die Bewegung der Stößelstangen im Allgemeinen über Kipphebel umgelenkt. Diese Kipphebel drehen bzw. kippen auf einer Achse, die erfindungsgemäß in dem Rahmen, der auf dem Zylinderkopfunterteil montiert ist, gelagert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen eine Einrichtung zur Schmierölversorgung von Elementen der Gaswechselsteuerung auf. Durch vorgefertigte, gegossene oder gebohrte Leitungen oder Kanäle im Rahmen kann auf einfache Weise eine Schmierölversorgung aller zu schmierenden Stellen im Ventiltrieb, wie zum Beispiel Kuipp- oder Schlepphebel, hydraulische Ventilspielausgleichselemente oder hydraulisch betätigte Schaltelemente zur Beeinflussung der Steuerzeiten zur Verfügung gestellt werden. Bei einer Verteilung der Schmierölströme innerhalb des Rahmens kann das Zylinderkopfunterteil, sowohl bei Blockzylinderkopf- als auch bei Einzelzylinderkopfbauweise, einfacher und damit kostengünstiger gestaltet werden, da nur eine Ölübergabestelle in den Rahmen vorgesehen werden muss.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen eine Einrichtung zur Steuerung von Ventilen einer Motorbremse auf. Bei einer Verwendung einer Brennkraftmaschine in Nutzfahrzeugen ist diese oft mit einer Motorbremse ausgerüstet, d.h. jeder Zylinder der Brennkraftmaschine weist ein Ventil auf, das zum Beispiel am Ende des Verdichtungshubes vorzeitig öffnet, so dass die in der Brennkraftmaschine geleistete Verdichtungsarbeit ungenutzt als heiße Luft abgeblasen wird und die Brennkraftmaschine und das Fahrzeug abgebremst werden. Ein derartiges Ventil wird zum Beispiel direkt hydraulisch betätigt oder eine mechanische Betätigung eines solchen Ventils wird hydraulisch angesteuert. Hierbei erforderliche hydraulische Druck- und Versorgungsleitungen sind erfindungsgemäß in dem Rahmen oberhalb des Zylinderkopfunterteiles integriert. Diese Leitungen oder Kanäle sind vorgegossen oder werden in den Rahmen eingearbeitet. Bei einer Integration der Leitungen oder Kanäle in den Rahmen vereinfacht sich der Montageaufwand erheblich. Bei einer integrierten Leitung entfallen Dichtstellen an Leitungsverbindungen, die aufwändig herzustellen und abzudichten sind.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in den Rahmen eine Kraftstoffniederdruckleitung integriert. Durch die Integration einer Kraftstoffniederdruckleitung in den Rahmen wird der Montageaufwand weiter reduziert. Da außerdem nur eine Kraftstoffleitung zum Zylinderkopf geführt werden muss, und die Verteilung zu den Kraftstoffinjektoren der einzelnen Zylinder innerhalb des Rahmens stattfindet, ist nicht nur ein geringerer Bauaufwand notwendig, sondern es ist die Gefahr einer Leckage im Kraftstoffsystem, besonders an Leitungsverbindungen, vermindert. Diese integrierte Kraftstoffleitung kann sowohl als Kraftstoffvorlauf als auch als Kraftstoffrücklauf oder in zweifacher Ausfertigung als Kraftstoffvor- und -rücklauf genutzt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen Anschlussstutzen für Kraftstoffinjektoren auf. Durch ein direktes Anschrauben eines Kraftstoffinjektors an den Rahmen wird eine zusätzliche Kraftstoffleitung vermieden und der Kraftstoffinjektor ist steif und ohne zusätzliche Haltemittel mit dem Zylinderkopf verbunden. Auf diese Weise wird eine montage- und betriebssichere Halterung und Kraftstoffversorgung für den Injektor zur Verfügung gestellt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Hochdruckleitung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in den Rahmen integriert. Falls der Kraftstoffinjektor nicht von einer Nockenwelle über Hebel und ähnliche Übertragungselemente betätigt wird, sondern zum Beispiel mit Öl, das unter Hochdruck steht, angesteuert wird, ist es von Vorteil diese Hochdruckleitung für das Öl in den Rahmen zu integrieren um eine Verwechslung von Hochdruckleitungen bei der Montage auszuschließen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen eine Einrichtung zur Entlüftung des Kühlsystems der Brennkraftmaschine auf. Bei einer Ausführung der Brennkraftmaschine mit Einzelzylinderköpfen ist ein Rahmen oberhalb der Einzelzylinderköpfe mit einer Entlüftungsmöglichkeit besonders vorteilhaft, weil Einzelzylinderköpfe keinen durch alle Zylinder führenden durchgehenden Wasserkern aufweisen. Deshalb muss jeder Einzelzylinderkopf an seiner geodätisch höchsten Stelle eine Möglichkeit zum Entlüften des Kühlmittelsystems aufweisen, d.h. Anschlüsse mit Leitungen zum Beispiel zu einem Kühlmittelausgleichsbehälter. Bei einer Ausführung mit einem Rahmen, der alle Zylinder überdeckt ist es vorteilhaft in jeden Einzelzylindrkopf eine Übertrittstelle für das Kühlmittel in einen Kühlmittelkanal im Rahmen vorzusehen. Da der Rahmen im Allgemeinen eine geodätisch höhere Lage einnimmt als das Zylinderkopfunterteil, ist deshalb nur eine Entlüftungsmöglichkeit in dem Kühlmittelkanal im Rahmen vorzusehen. Auf diese Weise wird der Teile- und Montageaufwand für eine Entlüftung des Kühlmittelsystems im Zylinderkopf erheblich reduziert. Gleichzeitig wird die Betriebssicherheit aufgrund weniger Leitungen und Leitungsverbindungen wesentlich erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerung der Achse als Durchstecklager ausgeführt. Bei einer Ausführung der Lagerung der Kipphebelachse oder der Nockenwelle als Durchstecklager behält der Rahmen seine Steifigkeit und die Lagergasse ist einfach zu fertigen. Bei einer Ausführung mit Lagerdeckel würde der Rahmen an Steifigkeit verlieren und die Lagergasse wäre aufwändiger in der Herstellung und Montage der Achse.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Rahmens zur Lagerung von Kipphebelachsen für einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf sowie

2 eine perspektivische Darstellung des Rahmens aus 1 mit eingesetzten Kipphebeln und Kipphebelachsen

In 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßer Rahmen 1 zur Lagerung von Kipphebelachsen an mehreren nicht dargestellten Einzelzylinderköpfen eines mehrzylindrigen Hubkolbenmotors dargestellt. Der Rahmen 1 überdeckt mehrere nicht gezeigte Einzelzylinderköpfe, auf die er an den Schraubenaugen 2 geschraubt wird. Zur besseren Darstellung ist der Rahmen 1 an einer Ebene 3 zwischen zwei Zylindern geschnitten gezeichnet. Der in 1 abgebildete Abschnitt des Rahmens ist drei Zylinderköpfen des Hubkolbenmotors zugeordnet und entsprechend in drei Rahmenteile A, B, C gegliedert.

Der Rahmen 1 umfasst zwei längsseitige Außenwände 4', 4'' , die jeweils an einer Ebene 3 zwischen zwei Zylindern durch Querstege 5 verbunden sind. An diesen Querstegen sind die Schraubenaugen 2 und die Lagerungen 6 für die lediglich über ihre Mittenachsen M angedeuteten Kipphebelachsen angeordnet.

Die Mittenachsen M der nicht gezeigten Kipphebelachsen verlaufen innerhalb des Rahmens 1 über dessen gesamte Länge. Der Rahmen 1 weist außerdem einen Boden 7 auf, der den Rahmen zusätzlich versteift und teilweise unterbrochen ist, um Durchtritte 8 für nicht gezeigte Elemente der Ventilsteuerung wie zum Beispiel Stößel, Kipphebel und Ventile zu ermöglichen. Der Boden 7 liegt auf der Oberseite des nicht gezeigten Zylinderkopfes auf und ist nach außen durch eine Flüssigdichtung oder eine Formdichtung, die zwischen Boden und Zylinderkopf angeordnet sind, abgedichtet.

In eine längsseitigen Außenwand 4' verläuft über die ganze Länge eine Kraftstoffniederdruckleitung (9, 9') ein (Kraftstoffvorlaufkanal 9 und ein Kraftstoffrücklaufkanal 9'), die mit Anschlussstutzen 10 für nicht gezeigte Kraftstoffinjektoren in Strömungsverbindung stehen. Auf diese Weise ist eine Montage von separaten Kraftstoffleitungen zu jedem Kraftstoffinjektor nicht erforderlich, wodurch sich das Kraftstoffkreislaufsystem einfacher, kostengünstiger, montagefreundlicher und betriebssicherer realisieren lässt. Das gleiche gilt für in den Rahmen 1 integrierte Einrichtung zur Steuerung von Ventilen (11, 11') die zur Ansteuerung von hydraulisch betätigten, zusätzlichen Ventilen einer Motorbremse dienen.

Die Schmierstellen des nict gezeigten Ventiltriebes werden über eine Einrichtung zur Schmierölversorgung (12) in den Querstegen 5 versorgt.

In einer angsseitigen Außenwand 4' verläuft über die ganze Länge eine integrierte Hochdruckleitung 13, der zur Versorgung von hydraulisch unterstützen, elektrisch betätigten Kraftstoffinjektoren mit Hochdrucköl dient.

Auf der oberen Abschlussfläche 14 des Rahmen liegt die nichtgezeigte Zylinderkopfhaube auf, wobei eine Dichtung zwischen Zylinderkopfhaube und Rahmen eine Leckage zur Umgebung nach außen verhindert.

In der längsseitigen Außenwand 4'' verläuft über die ganze Länge des Rahmens ein Kanal 15 zur Kühlsystementlüftung, der an jedem Zylinder eine Strömungsverbindung zur geodätisch höchsten Stelle des Wasserraumes des Zylinderkopfes und somit des gesamten Zylinders aufweist. Auf diese Weise wird sowohl bei einem Blockzylinderkopf als auch bei einer Ausführung mit Einzelzylinderköpfen eine zuverlässige und vor allem einfache, kostengünstige und montagefreundliche Möglichkeit geschaffen, das Kühlmittelsystem der Brennkraftmaschine im Zylinderkopf zu entlüften.

In 2 ist der Rahmen 1 aus 1 in perspektivischer Darstellung in einer teilmontierten Version mit Kipphebelachsen 16 und Kipphebeln 17 gezeigt. Ein derartiger Rahmen 1 wird separat vormontiert und als komplette Baueinheit unter Beifügung einer Dichtung auf den Zylinderkopf montiert. Auf diese Weise ist eine Vormontage außerhalb der eigentlichen Motorenmontageeinrichtung möglich, was Vorteile in der Logistik und im Fertigungsablauf ergibt. Nach der Montage des teilmontierten Rahmens 1 werden die nicht gezeigten Kraftstoffinjektoren an die Anschlussstutzen 10 angeschraubt und eine nicht gezeigte Zylinderkopfhaube auf die Abschlussfläche 14 befestigt.

Claims

Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit – einem Zylinderkopf unterteil, – einer Zylinderkopfhaube, – einer Vorrichtung zur Lagerung einer Welle und/oder Achse einer Gaswechselsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Rahmen (1) ausgebildet ist, der auf dem Zylinderkopfunterteil gelagert ist und auf den die Zylinderkopfhaube aufgesetzt ist und dass mehrere Vorrichtungen an benachbarten Einzelzylinderköpfen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vorgesehen sind, die als einstückiger Rahmen (1) ausgebildet sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Achse, die in der Vorrichtung gelagert ist, als Kipp- oder Schlepphebelachse (16) ausgebildet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) eine Einrichtung (12) zur Schmierölversorgung von Elementen der Gaswechselsteuerung aufweist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) eine Einrichtung (11, 11') zur Steuerung von Ventilen einer Motorbremse aufweist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rahmen (1) eine Kraftstoffniederdruckleitung (9, 9') integriert ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) einen Anschlussstutzen (10) für einen Kraftstoffinjektor aufweist.
Zylinderkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rahmen (1) eine Hochdruckleitung (13) zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung integriert ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (1) einen Kanal (15) zur Entlüftung des Kühlsystems der Brennkraftmaschine aufweist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung (6) einer Achse bzw. Welle als Durchstecklager ausgeführt ist.