DE4308733A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschi­ ne, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Zur Reduzierung schädlicher Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, im Kaltfahrbereich ist es bekannt, die Ansaugluft und/oder den Brennstoff zu beheizen, um möglichst schnell eine gute Gemischaufbereitung und Verbrennung sicherzustellen. So zeigt beispielsweise die DE 40 24 841 A1 eine Lösung, bei der das Einlaßventil im Einlaßkanal des Zylinderkopfes elektrisch beheizt wird und der Brennstoffstrahl der Einspritzdüse das Einlaßventil un­ mittelbar beaufschlagt. Diese Lösung ist aber technisch aufwendig und kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Zylinderkopf derart auszubilden, daß nahezu ohne Mehraufwand eine schnell einsetzende Er­ wärmung des Einlaßkanales im Ventilbereich und damit verbunden eine schnelle Brennstoff-Luftgemisch Homogenisierung einsetzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß werden der Ventilsitzring und ggf. ein Kanalabschnitt des Einlaßkanales bis zumindest zur Übergangsstelle Ventilkopf zu Ventilschaft weitgehendst gegenüber dem angrenzenden Zylinderkopfma­ terial wärmeisoliert ausgebildet. Dies hat zur Folge, daß sich über die Brennraumtemperatur extrem schnell eine Erwärmung sowohl des Ven­ tilkopfes als auch des mit diesem zusammenwirkenden Ventilsitzringes einstellt, weil die von den Brenngasen abgegebene Wärmeenergie nicht in den kalten Zylinderkopf und dessen Kühlmedium abfließen kann. Da­ raus resultiert in kürzester Zeit die Erwärmung sowohl des Ventil­ kopfes als auch der Kanalwand im Ventilbereich, wobei die Kanalwand alternativ durch den Ventilsitzring und/ggf. einem isolierten Ab­ schnitt des Einlaßkanales gebildet sein kann. Insbesondere wenn der Brennstoffstrahl der Einspritzdüse in diesen Ventilbereich gerichtet ist, wird unmittelbar nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine be­ reits eine hervorragende Gemischaufbereitung erzielt.

Die Wärmeisolierung kann bevorzugt durch Luftspalte gebildet sein. Es wäre jedoch auch die Zwischenschaltung eines wärmeisolierenden, tem­ peraturresistenten Dämmaterials möglich, wodurch jedoch der Ferti­ gungs- und Materialaufwand entsprechend vergrößert wird.

Der Ventilsitzring kann gemäß den Ansprüchen 5 und 6 ausgeführt sein, wobei sich durch die umfangsseitige Abstützung im Brennraumbereich und die axiale Abstützung im Kanal- bzw. Ventilschaftbereich eine der erforderlichen Festigkeit Rechnung tragende Konstruktion ergibt, die im übrigen durch die Luftummantelung über den gesamten übrigen Ven­ tilsitzbereich eine hervorragende Wärmeisolierung darstellt.

Ferner kann der an den Ventilsitzring sich anschließende Kanalab­ schnitt durch eine umlaufende, ringförmige Ausnehmung rohrförmig ausgeführt sein, so daß sich ebenfalls eine isolierende Luftummante­ lung ergibt. Die Ausnehmung kann bevorzugt beim Gießen des Zylinder­ kopfes durch entsprechende Kern- oder Formwerkzeug-Gestaltung von der Brennraumseite her mit eingeformt werden.

So ergibt sich praktisch ohne Mehraufwand ein den Ventilsitzring mit umfassender Kanalbereich, der von dem übrigen Zylinderkopfmaterial und dessen Kühlmedium wirksam wärmeisoliert ist.

Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Ein­ zelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt einen Schnitt entlang der Achse eines Einlaßventiles durch einen Einlaßka­ nal eines Zylinderkopfes einer Hubkolben-Brennkraftmaschine.

Der nur abschnittsweise dargestellte Zylinderkopf 10 einer Hubkolben- Brennkraftmaschine weist einen ebenfalls nur teilweise dargestellten Einlaßkanal 12 auf, dessen Gasdurchsatz durch ein Einlaß-Hubventil 14 gesteuert ist. Soweit nicht dargestellt kann der Zylinderkopf her­ kömmlicher Bauart sein.

Das Hubventil 14 setzt sich in bekannter Weise aus einem Ventilschaft 16 und einem Ventilkopf 18 mit einem Ventilteller 20 zusammen. Der der Brennraumseite 22 des Zylinderkopfes unmittelbar benachbarte Ven­ tilteller 20 wirkt mit seiner kegelförmigen Dichtfläche 24 mit einer korrespondierenden Dichtfläche 26 des in den Einlaßkanal 12 einge­ setzten Ventilsitzringes 28 zusammen.

Der Ventilsitzring 28 weist einen hülsenförmigen Abschnitt 30 und einen radial verlaufenden Flanschabschnitt 32 auf und ist in einer ersten Bohrung 34 größeren Durchmessers und in einer zweiten Bohrung 36 geringeren Durchmessers an seinen Enden 38, 40 im Zylinderkopf 10 durch Einschrumpfen befestigt.

Dabei stützt sich der Flanschabschnitt 32 umfangsseitig in der Boh­ rung 34 ab, während das Ende 38 des hülsenförmigen Abschnittes 30 zusätzlich in der stufenförmigen Bohrung 36 axial abgestützt ist, wodurch über den Ventilsitzring 28 problemlos die Ventil-Aufschlag­ kräfte in den Zylinderkopf 10 einleitbar sind.

Zwischen dem hülsenförmigen Abschnitt 30 und der Bohrung 34 ist ein wärmeisolierender, ringförmiger Luftspalt 42 gebildet. Dieser Luft­ spalt 42 setzt sich durch eine ringförmige Ausnehmung 44 in Richtung vom Ventilkopf 18 zum Ventilschaft 16 fort, so daß der an den Ventil­ sitzring 28 anschließende Kanalabschnitt 12a rohrförmig ausgebildet und ebenfalls wärmeisoliert gegenüber den angrenzenden Zylinderkopf­ bereichen ist.

Die Wärmeisolierung von Ventilsitzring 28 und Kanalabschnitt 12a durch den Luftspalt 42 erstreckt sich von der Brennraumseite 22 über den Ventilkopf 18 hinaus über eine durch den gekrümmten Kanalverlauf des Einlaßkanales 12 begrenzte Länge, die teilweise noch den Ventil­ schaft 16 überdeckt.

Um die Aufheizung des Ventilsitzringes 28, des Ventilteller 20 mit Ventilkopf 18 und des Kanalabschnittes 12a durch die Brenngase im Brennraum der Brennkraftmaschine noch weiter zu verbessern, überragt der Flanschabschnitt 32 des Ventilsitzes 28 radial in wesentlichem Umfang den Ventilteller 20, so daß dieser in einem ringförmigen Be­ reich direkt den Brenngasen ausgesetzt ist. Selbstverständlich kann dieser Bereich dort zurückgenommen sein, wo angrenzende Bauteile (z. B. das benachbarte Auslaßventil) dies erfordern.

Die ringförmige Ausnehmung 44 kann beim Gießen des Zylinderkopfes z. B. aus Leichtmetall unmittelbar durch entsprechende Gestaltung der Gießwerkzeuge mit eingeformt werden.

Ggf. könnte der wärmeisolierende Luftspalt 42 über ein steuerbares Ventil an eine Kühleinrichtung, z. B. ein Gebläse, angeschlossen sein, um bei heißer Brennkraftmaschine oder bei hoher Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine eine Kühlung der wärmeisolierten Bauteile sicherzustellen.

Claims (8)

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in Kraft­ fahrzeugen, mit zumindest einem Einlaßkanal für den Gaswechsel, der durch ein Einlaßventil gesteuert ist, wobei das Ventil mit einem brennraumseitig in den Einlaßkanal eingesetzten Ventilsitz­ ring zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (28) wärmeisoliert ausgebildet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Ventilsitzring (28) anschließender Kanalabschnitt (12a) des Einlaßkanales (12) ebenfalls wärmeisoliert ist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung zumindest bis zur Übergangsstelle Ventilkopf (18) zu Ventilschaft (16) durchgeführt ist.

4. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung durch zwischen dem Zylinderkopfmaterial und dem Ventilsitzring (28) und ggf. dem Kanalabschnitt (12a) vorgesehene, ringförmige Luftspalte (42) gebildet ist.

5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring (28) mit einem hülsenförmigen Abschnitt (30) und einem brennraumseitigen Flanschabschnitt (32) gebildet ist und daß nur der Flanschabschnitt (32) und das entgegengesetzt liegende Ende (38) des hülsenförmigen Abschnittes (30) in Bohrun­ gen (34, 36) des Zylinderkopfes (10) abgestützt sind, während die dazwischen liegenden Bereiche dazu beabstandet sind.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschabschnitt (32) nur umfangsseitig in der Bohrung (34) abge­ stützt ist und sich zumindest teilweise wesentlich über den Ven­ tilteller (20) radial hinaus dem Brennraum zugewandt ist.

7. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der an den Ventilsitzring (28) sich anschlie­ ßende Kanalabschnitt (12a) durch eine ringförmige Ausnehmung (44) rohrförmig ausgeführt ist.

8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Ausnehmung (44) beim Gießen des Zylinderkopfes (10) von der Brennraumseite her eingeformt wird.