DE10029241B4

DE10029241B4 - Zylinderkopfbefestigung an einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10029241B4
Application number: DE2000129241
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Löbig Arnold
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: DE10029241A1

Abstract

Zylinderkopfbefestigung an einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors, mit einem am Zylinderkopf angeflanschten Einlasskrümmer für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und einem Auslasskrümmer für das verbrannte Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) zum Zylinderkopf (3) und zum Zylinderblock (2) gerichtete Klauen (13) aufweisen, die in dazu korrespondierende Vertiefungen (14) in den Wandungen des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) eingreifen, und jeweils mindestens eine Schraubbefestigung (16, 17) zwischen den Flanschen (12) des Einlasskrümmers (4) bzw. Auslasskrümmers (5) und dem Zylinderkopf (3) oder dem Zylinderblock (2) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfbefestigung an einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors, mit einem am Zylinderkopf angeflanschten Einlasskrümmer für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und einem Auslasskrümmer für das verbrannte Abgas.
Zylinderköpfe werden üblicherweise mit dem Zylinderblock dadurch verbunden, dass vom Zylinderkopf aus einsteckbare Zylinderkopfschrauben, Stehbolzen, Führungshülsen und dergleichen eingesteckt und mit zugehörigen Gewindelöchern im Zylinderblock verschraubt werden.
Aus der DE-AS 2 314 793 ist eine solche Zylinderkopfbefestigung für Hubkolbenmaschinen bekannt. Weiterhin wirken die jeweils zwischen zwei benachbarten Zylinderköpfen vorgesehenen Zylinderkopfschrauben über eine Brücke auf die Zylinderköpfe ein. Die schrägen Auflageflächen korrespondieren zu entsprechend geneigten Gegenflächen an den Brücken, um eine hohe Kantenpressung im Befestigungsbereich zu erreichen.
Weiterhin offenbart die DE-OS 2 331 510 eine Befestigungsvorrichtung für Auspuffsammelrohre an einem Zylinderkopf. Am Ventilantriebsgehäuse, welches Teil des Zylinderkopfes ist, und am Zylinderkopf selbst sind Einspannklauen angegossen, die abgeschrägte Flächen aufweisen. Das Auspuffsammelrohr besitzt dazu korrespondierende abgeschrägte Stützflächen, die mit den Einspannklauen in Eingriff bringbar sind. Zwischen den Einspannklauen des Zylinderkopfes bzw. des Ventilantriebsgehäuses einerseits und den schrägen Stützflächen des Auspuffsammelrohres andererseits wird ein elastisches Element, z. B. ein geschlitztes Rohr, eingeschlossen, um eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der beteiligten Bauteile zu vermeiden und somit einen unterschiedlichen Druck auf die Zylinderkopfdichtung zu verhindern. Dennoch sind die üblichen Zylinderkopfschrauben zur Verbindung des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock erforderlich.
Des Weiteren ist aus der DE 33 45 959 C2 eine Zylinderkopf-Befestigungskonstruktion bekannt, bei der der Zylinderkopf im Motorgehäuse durch einen aus Segmenten bestehenden Ring am Zylinderkopf in einer im Motorgehäuse ausgebildeten Ringnut festgelegt ist. Dabei wird zwar auf die üblichen Zylinderkopfschrauben zum Verbinden des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock verzichtet, jedoch lässt sich die Ausbildung der Segmentring-Nut-Verbindung im inneren Verbindungsbereich zwischen dem Motorgehäuse und dem Zylinderkopf nur mit großem Aufwand montieren und kann darüber hinaus zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der beteiligten Materialien im Inneren des Motors führen.
Weiterhin bekannt ist die JP 9 042 045 A .
Die an sich üblichen Verbindungen des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderköpfe mit dem Zylinderblock mittels Zylinderkopfschrauben, Stehbolzen usw. führt zwangsläufig immer zu eine Beengung des Freiraumes im Befestigungsbereich, insbesondere hinsichtlich der Gestaltung der Gaswechselkanäle, die durch den Einlasskrümmer und den Auslasskrümmer gebildet werden. Dies führt zu ungünstigen Luftströmungsverläufen der Ein- und Auslasskanäle. Die eingeschränkten Gestaltungsmöglichkeiten dieses sensiblen Motorbereiches führt letztendlich zu höherem Kraftstoffverbrauch durch schlechtere Verbrennung bei ungünstiger Luftströmung und darüber hinaus zu kostenintensiver Gestaltung der Strömungskanäle im Zylinderkopf. Es treten schlechtere Werte bei der Schadstoffreduzierung durch ungünstige Strömungsverhältnisse, schlechtere Kühlung durch stark eingeschränkten Wasserraum, speziell im Brennraumbereich, und eine höhere Klopfneigung des Motors auf. Verbesserte Luftströmungssysteme zur Erzeugung eines stärkeren Dralls z. B. bei einem Dieselmotor oder Kanalabschaltung bei Benzineinspritzung an einem Otto-Motor sind besonders bei Kleinmotoren mit geringem Zylinderabstand nur erschwert möglich. Ferner sind neben dem hohem Konstruktionsaufwand auch ein großer Bauaufwand durch Zylinderkopfschrauben, Stehbolzen, Schraubenpfeifen, Muttern, Gussmaterial und somit hohe Werkzeugkosten für Montagewerkzeuge erforderlich. Diese Kosten erhöhen sich natürlich mit steigender Zylinderzahl des Motors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Zylinderkopfbefestigung an einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auf die üblichen Zylinderkopf-Schraubenbefestigungen verzichtet werden kann, um Freiraum für neuartige Gestaltungen der Gaswechselkanäle im Zylinderkopf/Zylinderblock-Bereich zur Verfügung zu stellen, die wirtschaftlich vorteilhaftere Motorkonstruktionen ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers zum Zylinderkopf und zum Zylinderblock gerichtete Klauen aufweisen, die in dazu korrespondierende Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes eingreifen, und jeweils mindestens eine Schraubbefestigung zwischen den Flanschen des Einlasskrümmers bzw. Auslasskrümmers und dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock vorgesehen ist.
Die Klauen an den Flanschen des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers bewirken beim Eingriff in die Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes eine Festlegung der Krümmer mit dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock. Die Schraubbefestigungen zwischen den Flanschen der Krümmer und entweder dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock ziehen den Zylinderkopf gegen den Zylinderblock fest an.
Durch diese Maßnahmen werden eine Reihe von Vorteilen erzielt. Es können günstigere Luftströmungsverläufe geschaffen werden, die zu einer besseren Kraftstoff-Verbrennung und somit zu geringerem Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß führen. Durch den Wegfall der sonst üblichen Zylinderkopf-Befestigungsteile wird mehr Freiraum zur Gestaltung der Strömungskanäle geschaffen. Somit werden neue Strömungssysteme, besonders bei Kleinmotoren möglich, da mehr Freiraum für bessere Drallerzeugung, für Kanalabschaltung und dgl. zur Verfügung steht. Die Fertigungswerkzeuge für die Ein- und Auslasskanäle können in der Herstellung einfacher und kostengünstiger gestaltet und der Materialeinsatz erheblich verringert werden. Schließlich können die Klopfneigung des Motors, die Kühlwasserströmung im gesamten Zylinderkopfbereich verbessert und das Motorgewicht reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Zylinderkopfbefestigung ist insbesondere für alle Otto- und Dieselmotoren mit unterschiedlichen Zylinderzahlen, sowohl im Zwei- als auch im Mehrventilbetrieb geeignet.
Nach einer Weiterbildung der Zylinderkopfbefestigung sind die zu den Klauen der Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers korrespondierenden Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes parallel zu deren Verbindungsebene verlaufend ausgebildet. Dem gemäß sind die zum Zylinderkopf und zum Zylinderblock gerichteten Klauen der Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers an den parallel zur Verbindungsebene des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes verlaufenden Randbereichen des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers angeordnet. Dadurch wird die Ausrichtung der Klauen der Flansche der Krümmer und der Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes festgelegt. Die Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und die zugeordneten Klauen der Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers verlaufen somit in einer Linie parallel zur Verbindungsebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock, ebenso wie die Klauen der Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers mit den zugeordneten Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderblockes.
Um Fertigungstoleranzen zwischen Zylinderkopf, Zylinderblock, Einlasskrümmer und Auslasskrümmer ausgleichen und einen großen Kraftangriff ausüben zu können, sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zylinderkopfbefestigung die Vertiefungen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes als schräg verlaufende Angriffsflächen für die Klauen der Flansche des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers ausgebildet. Dem gemäß sind die Klauen an den Flanschen des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers entsprechend den schrägen Angriffsflächen in den Wandungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblockes geneigt. Beim Verschrauben der Schraubbefestigungen zwischen den Flanschen des Einlasskrümmers bzw. Auslasskrümmers und entweder dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock gleiten die Klauen an den Vertiefungen gegeneinander, so dass zwangsläufig der Zylinderkopf fest gegen den Zylinderblock gepresst wird.
Das fest miteinander Verspannen des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock wird insbesondere noch dadurch erreicht, dass die jeweils mindestens eine Schraubbefestigung zwischen den Flanschen des Einlasskrümmers bzw. Auslasskrümmers und dem Zylinderkopf oder dem Zylinderblock in horizontaler Ausrichtung ausgebildet ist. Der horizontale Kraftangriff im Bereich der Schraubbefestigung in Verbindung mit den schrägen Kraftangriffsflächen, die durch die geneigten Klauen an den Flanschen des Einlasskrümmers bzw. Auslasskrümmers und den schrägen Vertiefungen am Zylinderkopf bzw. am Zylinderblock gebildet werden, ermöglicht eine überaus feste Verbindung des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock des Verbrennungsmotors.
Damit auch eine feste Verbindung der Zylinderköpfe mit dem Zylinderblock bei Motoren mit unterschiedlicher Zylinderzahl gewährleistet werden kann, ist die Zylinderkopfbefestigung zweckmäßigerweise jeweils für jeden der Zylinderköpfe des Verbrennungsmotors vorgesehen.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung an einem Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
1 eine Querschnittsansicht eines Zylinderkopfes und eines damit verbundenen Zylinderblockes eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfbefestigung und
2 eine Seitenansicht auf den Zylinderkopf/Zylinderblockbereich eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors.
Ein Verbrennungsmotor 1 für ein Kraftfahrzeug umfasst gemäß den 1 und 2 im Wesentlichen einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3 sowie einen Einlasskrümmer 4 und einen Auslasskrümmer 5. Im Zylinderkopf 3 ist eine Zündkerze 6 befestigt. Des Weiteren befinden sich im Zylinderkopf 3 mindestens ein Einlassventil 7 und ein Auslassventil 8. Der Zylinderblock 2 schließt einen Kolben 9 und eine Pleuelstange 10 ein, welche an einer nicht dargestellten Kurbelwelle befestigt ist.
Der Einlasskrümmer 4, an dem sich eine Kraftstoffeinspritzdüse 11 eines Kraftstoffeinspritzsystems des Kraftfahrzeuges befindet, und der Auslasskrümmer 5 besitzen endseitig jeweils einen Flansch 12, wobei die Flansche 12 an entgegengesetzten Seiten des Zylinderkopfes 3 und des Zylinderblockes 2 anliegen. Die Flansche 12 des Einlasskrümmers und des Auslasskrümmers 5 weisen an ihren freien Enden jeweils schräge, zum Zylinderblock 2 bzw. Zylinderkopf 3 gerichtete Klauen 13 auf. Dazu korrespondierend sind in den Wandungen des Zylinderblockes 2 und des Zylinderkopfes 3 schräge Vertiefungen 14 eingebracht, in welche die Klauen 13 der Flansche 12 des Einlasskrümmers 4 und des Auslasskrümmers 5 hinein ragen und darin anliegen. Vor dem Anlegen des Einlasskrümmers 4 und des Auslasskrümmers 5 am Zylinderblock 2 bzw. am Zylinderkopf 3 wird der Zylinderkopf 3 mittels Führungsbolzen 15 am Zylinderblock 2 zentriert.
Durch die Flansche 12 des Einlasskrümmers 4 und des Auslasskrümmers 5 wird jeweils ein Stehbolzen 16 gesteckt, der mittels Gewinde in den Zylinderkopf 3 eingreift. Eine auf dem Stehbolzen 16 aufgesetzte Sechskantmutter 17 bildet gemeinsam mit diesem eine Schraubbefestigung, welche den jeweiligen Flansch 12 des Einlasskrümmers 4 und des Auslasskrümmers 5 fest mit dem Zylinderkopf 3 verbindet. Dabei wird, bedingt durch die Klauen 13 in den Flanschen 12 des Einlasskrümmers 4 und des Auslasskrümmers 5 und durch die schrägen Vertiefungen 14 im Zylinderkopf 3 und im Zylinderblock 2 der Zylinderkopf 3 fest mit dem Zylinderblock 2 verbunden.
Die zuvor beschriebene Zylinderkopfbefestigung am Zylinderblock 2 ist gemäß 2 für jeden Zylinderkopf 3 des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen.

Claims

Zylinderkopfbefestigung an einem Zylinderblock eines Verbrennungsmotors, mit einem am Zylinderkopf angeflanschten Einlasskrümmer für das Kraftstoff-Luft-Gemisch und einem Auslasskrümmer für das verbrannte Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Flansche (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) zum Zylinderkopf (3) und zum Zylinderblock (2) gerichtete Klauen (13) aufweisen, die in dazu korrespondierende Vertiefungen (14) in den Wandungen des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) eingreifen, und jeweils mindestens eine Schraubbefestigung (16, 17) zwischen den Flanschen (12) des Einlasskrümmers (4) bzw. Auslasskrümmers (5) und dem Zylinderkopf (3) oder dem Zylinderblock (2) vorgesehen ist.
Zylinderkopfbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Klauen (13) der Flansche (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) korrespondierenden Vertiefungen (14) in den Wandungen des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) parallel zu deren Verbindungsebene verlaufend ausgebildet sind.
Zylinderkopfbefestigung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zylinderkopf (3) und zum Zylinderblock (2) gerichteten Klauen (13) der Flansche (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) an den parallel zur Verbindungsebene des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) verlaufenden Randbereichen des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) ausgebildet sind.
Zylinderkopfbefestigung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (14) in den Wandungen des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) als schräg verlaufende Angriffsflächen für die Klauen (13) der Flansche (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) ausgebildet sind.
Zylinderkopfbefestigung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen (13) an den Flanschen (12) des Einlasskrümmers (4) und des Auslasskrümmers (5) entsprechend den schrägen Angriffsflächen in den Wandungen des Zylinderkopfes (3) und des Zylinderblockes (2) geneigt sind.
Zylinderkopfbefestigung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mindestens eine Schraubbefestigung (16, 17) zwischen den Flanschen (12) des Einlasskrümmers (4) bzw. Auslasskrümmers (5) und dem Zylinderkopf (3) oder dem Zylinderblock (2) in horizontaler Ausrichtung ausgebildet ist.
Zylinderkopfbefestigung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese jeweils für jeden der Zylinderköpfe (3) des Verbrennungsmotors (1) für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist.