DE4344356A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Sekundärluftzufuhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich dient die Sekundärluftzufuhr zu den Abgasen von Brennkraftmaschinen der nachträglichen Reaktion unverbrannter HC- oder CO-Anteile mit dem so angebotenen Luftsauerstoff, so daß eine bessere Abgasqualität erreicht wird. Dies gilt ins­ besondere während der Warmlaufphasen von nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen, die im kalten Zustand wegen der Kraftstoffkondensation an kalten Maschinenteilen mit Kraftstoff­ überschuß betrieben werden müssen. Auch hinsichtlich der Wirksamkeit von in der Abgasleitung vorgesehenen Katalysatoren hat sich die Sekundärluftzufuhr als vorteilhaft erwiesen, da durch die Sekundärlufteinspeisung und die daraus resultierenden Nach­ reaktionen der Abgasbestandteile die Abgase und die Katalysato­ ren schneller erwärmt werden und demgemäß die Katalysatoren früher ihre Betriebstemperatur erreichen.

Wie sich gezeigt hat, ist eine Sekundärluftzufuhr in unmittel­ barer Nähe der Auslaßventile in die Auslaßkanäle am wirkungs­ vollsten. Daher ist es bekannt, im Zylinderkopf Sekundärluft­ kanäle vorzusehen. Nachteilig ist bei bekannten, mit Sekundär­ luftkanälen versehenen, flüssigkeitsgekühlten Brennkraftma­ schinen jedoch die Tatsache, daß durch diese Kanäle die Kühl­ wirkung verschlechtert wird. Hinzu kommen Fertigungsschwierig­ keiten.

So zeigt die US-PS 3 977 188, F01N 3/10, Sekundärluftkanäle, die zwischen der wand des jeweiligen Auslaßkanals einerseits und Kühlmittel räumen andererseits verlaufen. Dadurch erfährt zwar die Sekundärluft eine gewisse Erwärmung, jedoch ist die Wärmeab­ fuhr über das Kühlmittel beeinträchtigt. Hinzu kommen Schwierig­ keiten bei der Fertigung dieser Sekundärluftkanäle, die offenbar bei einigen in dieser Druckschrift gezeigten Konstruktionen durch Eingießen von Röhrchen vermieden werden sollen.

Die DE-OS 31 27 082, F01N 3/30, zeigt ein entsprechendes Kanal­ system mit einem längsverlaufenden Verteilerkanal, der an einer Stirnseite des Zylinderkopfes verschlossen und an der anderen mit einem Anschluß für eine Sekundärluftzufuhr versehen ist, und von dem individuelle Sekundärluftkanäle zu den einzelnen Auslaß­ kanälen abgehen, die etwa auf die Rückseite des jeweiligen Aus­ laßventils ausgerichtet sind. Die Fertigung dieser individuellen Kanäle muß von den Ventilsitzen im Zylinderkopf her mit relativ langen Werkzeugen erfolgen.

Für eine luftgekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zeigt die US-PS 4 417 442, F01N 3/34, eine Sekundärluftzuführung mit Sekundärluftkanälen neben dem Ventiltrieb für die Auslaßven­ tile. Diese Konstruktion verursacht einen erheblichen Bau- und Platzaufwand.

Schließlich sei die Maschine nach der US-PS 4 351 298, F01N 3/10, erwähnt, deren Sekundärluftzufuhr Rohrleitungen enthält-, die in Zwischenstücke zwischen den zweiten Dichtflächen und Anschlußflanschen für die Abgasleitungen einmünden. Wenn bei dieser bekannten Konstruktion Schwierigkeiten hinsichtlich der Unterbringung der Sekundärluftkanäle vermieden sind, so dadurch, daß alle Kanäle außerhalb des Zylinderkopfes verlaufen und die Leitung der Sekundärluft zu den Auslaßventilen mittels zusätz­ licher Röhrchen erfolgt.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Zylinderkopf zu schaffen, bei dem trotz Unterbringung der Sekundärluftkanäle im Zylinderkopf und Vermeidung zusätz­ licher Rohre oder dergleichen auch bei einer flüssigkeitsge­ kühlten Maschine die Kühlwirkung nicht beeinträchtigt ist. Außerdem soll mit der erfindungsgemäßen Konstruktion die Her­ stellung der Sekundärluftkanäle erleichtert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung nutzt also zur Bildung von Sekundärluftkanälen Vertiefungen in der ersten Dichtfläche (die später an eine Zylinderkopfdichtung angrenzt) und/oder in den zweiten Dicht­ flächen (die später von Flanschen der Abgasleitungen abgedeckt sind) aus, die im montierten Zustand der Brennkraftmaschine durch andere Bestandteile (Zylinderblock, Abgasleitungen) abge­ deckt und dadurch zu über den Umfang geschlossenen Kanälen er­ gänzt sind. Die so gewonnenen Sekundärluftkanäle liegen außer­ halb der zum Wärmeübergang zwischen heißen Stellen des Zylinder­ kopfes einerseits und Kühlmittelräumen andererseits dienenden Materialbereiche des Zylinderkopfes, so daß sie die Kühlung in keiner Weise beeinträchtigen. Außerdem können die Vertiefungen sehr einfach mit kurzen Werkzeugen hergestellt werden, und auch die von den Vertiefungen abgehenden Kanäle lassen sich von der jeweiligen Dichtfläche her einfach fertigen. Dies schließt eine Herstellung der Vertiefungen bereits beim Gießen des Zylinder­ kopfes nicht aus.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Querschnitte durch Brennkraftmaschinen mit jeweils einer Einlaß- und einer Auslaß­ nockenwelle wiedergeben.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist der Zylinderkopf 1 in üblicher weise unter Zwischenfügung der Zylinderkopfdichtung 2 zwischen seine erste Dichtfläche 3 und eine zugekehrte Dicht­ fläche 4 des Zylinderblocks 5 auf diesen aufgesetzt. Im Zylin­ derkopf 1 erkennt man die Einlaßnockenwelle 6 für die Einlaß­ ventile 7 zum Verschließen bzw. zur Freigabe jeweils eines Einlaßkanals 8 und die Auslaßnockenwelle 9 zur Betätigung der Auslaßventile 10, die jeweils einem Auslaßkanal 11 zugeordnet sind. Dieser setzt sich unter Zwischenfügung der auf der zweiten Dichtfläche 12 aufliegenden Dichtung 13 in der Abgasleitung 14 fort, die mit dem der Montage dienenden Flansch 15 versehen ist. Bei 16 erkennt man verschiedene Kühlmittelräume, deren Aufbau und Anordnung an sich bekannt ist.

Zur Sekundärluftzufuhr ist in diesem Ausführungsbeispiel die Zufuhrleitung 17 im Flansch 15 vorgesehen, die in den durch die längsverlaufende Vertiefung 18 aller zweiten Dichtflächen 12 ge­ bildeten Verteilerkanal liefert, der seinerseits in Strömungs­ verbindung mit Vertiefungen 19 der ersten Dichtfläche 3 steht, die letztlich durch die Zylinderkopfdichtung 2 über ihren Umfang geschlossen sind und zusammen mit Dosierkanälen 20 Sekundärluft­ kanäle bilden, die Sekundärluft auf die Rückseite der einzelnen Auslaßventile 10 liefern. Die Fertigung dieser Dosierquerschnit­ te 20 kann sehr einfach von der ersten Dichtfläche 3 her erfol­ gen, während die Vertiefungen 18 ebenfalls einfach von den zwei­ ten Dichtflächen 12 her gefertigt werden können.

Der Zylinderkopf 30 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist prinzipiell ebenso aufgebaut wie der Zylinderkopf 1 in der Vari­ ante nach Fig. 1. wiederum ist zur Gewinnung auslaßkanalindi­ vidueller Sekundärluftkanäle jeweils eine Vertiefung 31 in der ersten Dichtfläche 32 vorgesehen, von der ein (für die Sekundär­ luftverteilung auf die einzelnen Zylinder wichtiger) Dosierquer­ schnitt 33 in Richtung auf das Auslaßventil 34 abgeht. Diese Bohrung 33 läßt sich einfach gratfrei herstellen und verläuft so, daß die Abgasströmung einen Saugeffekt auf die Sekundärluft ausübt. Dagegen dient als Verteilerkanal 35 in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel eine oberhalb der Auslaßkanäle 36 verlaufende Längsbohrung, die in Strömungsverbindung mit zwischen den Aus­ laßkanälen 36 verlaufenden Durchgangslöchern 37 für Zylinder­ kopfschrauben 38 steht. Diese Durchgangslöcher 37 besitzen derart große Durchmesser im Verhältnis zu den Durchmessern der Schrauben 38, daß sie Ringkanäle bilden, die an ihren unteren Enden einlaufen in die Vertiefungen 31 und damit in die den einzelnen Auslaßkanälen 36 zugeordneten individuellen Sekundär­ luftleitungen.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Zylinderkopf geschaffen, der bei einfacher Fertigung der Sekundärluftlei­ tungen eine Beeinträchtigung der Kühlung durch diese Leitungen vermeidet.

Claims (5)

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer ersten Dichtfläche zum Aufsetzen auf einen Zylinderblock, zweiten Dichtflächen zum Ansetzen von Abgasleitungen in Fortsetzung von mit Auslaßventilen bestückten Auslaßkanälen im Zylinder­ kopf sowie mit auslaßventilnah in die Auslaßkanäle einmünden­ den Sekundärluftkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bil­ dung von Sekundärluftkanälen in zumindest eine der ersten und zweiten Dichtflächen (3, 12) Vertiefungen (18, 19) einge­ arbeitet sind, die nach Einbau des Zylinderkopfes (1) von angrenzenden Bauteilen (5, 14) der Maschine geschlossen sind.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine längsverlaufende Vertiefung (18) in allen zweiten Dicht­ flächen (12), die von Flanschen (15) der Abgasleitungen (14) abgedeckt ist, als Verteilerkanal mit einer in einen der Flansche (15) eingearbeiteten Sekundärluftzufuhr (17) sowie mit den Auslaßkanälen (11) individuell zugeordneten Kanälen (19, 20) in Strömungsverbindung steht, die bereichsweise durch Vertiefungen (19) in der ersten Dichtfläche (3) ge­ bildet sind.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Auslaßkanälen (36) Durchgangslöcher (37) für Zylin­ derkopfschrauben (38) verlaufen, deren Durchmesser zur Bil­ dung von Sekundärluftkanälen Übermaß haben und die mit einem als Verteilerkanal (35) dienenden Längskanal sowie mit durch Vertiefungen (31) in der ersten Dichtfläche (32) gebildeten Sekundärluftkanälen in Strömungsverbindung stehen.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerkanal (35) nahe den zweiten Dichtflächen auf der der ersten Dichtfläche (32) abgekehrten Seite der Auslaßkanäle (36) verläuft.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Vertiefung (31) in der ersten Dichtfläche (32) eine auf die Rückseite des Auslaßventils (34) weisende Bohrung (33) abgeht.