DE19643725C2

DE19643725C2 - Zylinderkopf für Mehrzylindermaschinen

Info

Publication number: DE19643725C2
Application number: DE19643725A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Matayoshi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: JPH09119344A; JP3498446B2; US5682850A; KR100219307B1; KR970021697A; DE19643725A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Mehrzylindermaschine ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit der Gestaltung der Kühlwasserlei tung im Zylinderkopf einer Maschine mit Direkt-Brennstoffeinspritzung in den Zylinder.

Eine Maschine mit Direkt-Brennstoffeinspritzung in den Zylinder, bei der der Brennstoff durch den Funken einer Zündkerze gezündet wird, wird bei spielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift JP-OS 6-207542 beschrieben.

Bei dieser Konstruktion, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist eine Ausnehmung 11 in der Kopffläche 10a eines Kolbens 10 vorgesehen. Wenn die Maschine gestar tet ist, wird vom Beginn der Kurbelwellendrehung bis zum Anstieg der Dreh zahl auf einen vorgegebenen Wert der Brennstoff bei jedem Maschinenzyklus zweifach eingespritzt, und zwar im letzten Teil jedes Kompressionshubes und im letzten Teil jedes Ausstoßhubes. Wenn dagegen die Maschine eine Dreh zahl oberhalb dem vorgegebenen Wert erreicht hat, wird der Brennstoff nur in dem letzten Abschnitt des Kompressionshubes eingespritzt.

Bei dieser Maschine ist die Einspritzdüse 13 schräg in den Zylinderkopf 15 zwischen dessen unterer Oberfläche und der Einlaßöffnung 14 angeordnet, und der eingespritzte Brennstoffstrahl wird abwärts von der Mittelachse der Einspritzdüse 13 in die Ausnehmung 11 eingespritzt.

Im allgemeinen umgibt gemäß Fig. 9 und 10 eine Kühlmittelleitung im Zylin derkopf die Brennkammern 20. Teile der Kühlmittelleitung gehen unter der Bodenfläche der Einlaßöffnungen 14 und der Auslaßöffnungen 18 hindurch und, wenn die Einspritzdüse 13 in der oben beschriebenen Weise angeordnet ist, läuft die Kühlmittelleitung 16d sogar unter der Einspritzdüse 13 hin durch.

Daraus ergibt sich der Nachteil, daß es schwierig ist, einen angemessenen Querschnitt der Kühlmittelleitung 16d aufrechtzuerhalten.

Wenn im übrigen der Zylinderkopf durch Gießen hergestellt wird, wird die Kühlmittelleitung 16d durch einen Sandkern 40 hergestellt, der gemäß Fig. 11 ausgebildet ist und vorab in die Gußform eingebracht wird. Der Sandkern 40 muß Öffnungen 40b, 40c und 40d zur Bildung der Kopfbolzen-Öffnungen, Ventilöffnungen und Zündkerzenöffnungen in dem Zylinderkopf aufweisen. Spezielle Kerne werden in diese Öffnungen eingefügt, so daß hohle, zylindri sche Bereiche mit Wänden einer vorbestimmten Stärke durch das geschmol zene Material des Zylinderkopfs entstehen, das in Lücken zwischen den Wandflächen der Öffnungen und den Kernen eintritt.

Wenn die Kühlmittelleitung 16d auf diese Weise durch einen Sandkern 40 hergestellt wird, ist es notwendig, den Sandkern 40 mit Leitungsbereichen 40a zu versehen, die den Abschnitten der Kühlmittelleitung 16d entspre chen, die unter den Einlaßöffnungen 14 hindurchgeht. Wie jedoch aus Fig. 11 zu entnehmen ist, sind diese Leitungsabschnitte 40a aufgrund ihrer Form Teile des Sandkerns 40, die in konstruktiver Hinsicht problematisch sind. Daher können diese Bereiche leicht durch das stoßartige Eintreten des ge schmolzenen Materials beim Eintritt in die Form und durch Schwingungen beim Transport des Kerns und dergleichen beschädigt werden.

Wenn diese Bereiche der Kühlmittelleitung 16d fortgelassen werden, wird die Wirksamkeit der Maschinenkühlung verschlechtert, und da dies wiede rum dazu führen kann, daß die Anti-Klopf-Eigenschaften und die Maschinen leistung verschlechtert werden, ist es unbedingt notwendig, die Abschnitte der Kühlmittelleitung 16d unterhalb der Einlässe 14 vorzusehen.

Der Erfindung liegt zum einen die Aufgabe zugrunde, die Herstellung der Kühlmit telleitung in einem Zylinderkopf durch einfache Maßnahmen zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die Ausgestaltung des Sandkerns, zum anderen sollen Zeit und Kosten für die Herstel lung des Zylinderkopfes insgesamt reduziert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.

Ein Zylinderkopf für Mehrzylindermaschinen wird erfindungsgemäß durch einen Gießprozeß hergestellt und umfaßt zwei Einlässe und zwei Auslässe für jeden Zylinder. Der Zylinderkopf umfaßt weiterhin eine Kühlmittelleitung, die im Zylinderkopf unter Verwendung eines Sandkerns hergestellt wird. Die Kühlmittelleitung ist so ausgebildet, daß die Unterseite der Einlässe ausge spart wird. Ein konkaver Bereich, der im Zylinderkopf unterhalb der Einlässe angeordnet ist, öffnet sich zur unteren Oberfläche des Zylinderkopfs, und ei ne Verbindungsbohrung, die mechanisch im Zylinderkopf hergestellt wird, verbindet die Kühlmittelleitung mit dem konkaven Bereich.

Der Zylinderkopf ist insbesondere geeignet für eine Maschine mit Zündkerze etwa im Mittelbereich des Zylinders entsprechend den beiden Einlaßöffnun gen, und die Einspritzdüse befindet sich unterhalb der beiden Einlaßöffnun gen.

Bei einer derartigen Maschine ist vorzugsweise der Zylinderkopf weiterhin mit einer Bohrung versehen, die die Einspritzdüse aufnimmt, und der konka ve Bereich ist so ausgebildet, daß die Dicke der Wände zwischen dem konka ven Bereich sowie den beiden Einlaßöffnungen und der Einspritzdüsenboh rung annähernd gleichförmig ist.

Der Zylinderkopf ist ebenfalls geeignet für eine Maschine mit Einspritzdüse im wesentlichen im Mittelbereich des Zylinders entsprechend den beiden Einlaßöffnungen und einer Zündkerze unterhalb der beiden Einlaßöffnungen.

Bei einer derartigen Maschine ist es weiterhin vorteilhaft, daß der Zylinder kopf eine Bohrung für die Zündkerze aufnimmt, und daß der konkave Bereich so ausgebildet ist, daß die Dicke der Wände zwischen dem konkaven Bereich und den beiden Einlässen sowie der Zündkerzenbohrung etwa gleichmäßig ist.

Vorzugsweise wird der konkave Bereich durch Bearbeitung hergestellt.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß der konkave Bereich während der Herstel lung durch Gießen des Zylinderkopfs mit Hilfe eines konvexen Bereichs in der Gußform hergestellt wird, der der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs entspricht.

Vorzugsweise sind ein Teil der Kühlmittelleitung und ein Teil des konkaven Bereichs in senkrechter Richtung überlappend angeordnet, und die Verbin dungsbohrung erstreckt sich in senkrechter Richtung und verbindet so die überlappenden Bereiche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Bodenfläche eines Zylinderkopfs ge mäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie II- II in Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Sandkerns zur Her stellung des Zylinderkopfs,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Gußform zur Bildung der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs, zusammen mit eini gen Sandkernen, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er findung,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Hauptbereich eines Zylinderkopfs ge mäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung etwa entlang einer Ebene senkrecht zur Achse der Einspritzdüse,

Fig. 6 eine Unteransicht eines Hauptbereichs der unteren Oberflä che des Zylinderkopfs gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Teil des Zylinderkopfs entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;

Fig. 8 einen Querschnitt durch einen Zylinderkopf gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 9 eine Unteransicht auf die untere Oberfläche des Zylinder kopfs nach einer anderen Ausführungsform des Standes der Technik,

Fig. 10 einen Schnitt durch den Zylinderkopf entlang der Linie X-X in Fig. 9 und

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines Sandkerns zur Her stellung des Zylinderkopfs gemäß fig. 9.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Zylinderkopf 1 für eine Mehrzylindermaschine mit Direkteinspritzung für jeden Zylinder zwei Einlaßöffnungen 1a, zwei Auslaß öffnungen 1b und eine Brennkammer 1c.

Eine Kühlmittelleitung 1d ist im Zylinderkopf 1 ausgebildet und umgibt die Einlaßöffnungen 1a und die Auslaßöffnungen 1b. Wie Fig. 2 zeigt, befindet sich eine Bohrung 2 zur Aufnahme einer Einspritzdüse in schräger Richtung unter den jeweils benachbarten Einlaßöffnungen 1a.

Weiterhin befindet sich ein konkaver Bereich 3, der nach unten gewandt ist, in einem Bereich unterhalb der Einlaßöffnungen 1a.

Die Kühlmittelleitung 1d wird mit Hilfe eines Sandkerns 4 gemäß Fig. 3 her gestellt. Dieser Sandkern 4 umfaßt, ebenso wie der erwähnte Sandkern 40 des Standes der Technik gemäß Fig. 11, Öffnungen 4b, 4c und 4d zur Bil dung von Bohrungen für Kopfbolzen, Auslaßventile und Zündkerzen. Der Sandkern weist jedoch keine Bereiche auf, die den Leitungsabschnitten 40a entsprechen, die bei dem bekannten Sandkern vorgesehen waren. Stattdes sen werden die erwähnten konkaven Bereiche 3 und die an diese angrenzen den Abschnitte der Kühlmittelleitung durch Verbindungsleitungen 1e verbun den (Fig. 1). Diese Verbindungsleitungen 1e können hergestellt werden durch ein Werkzeug, wie etwa einen Bohrer, nachdem der Zylinderkopf ge gossen worden ist. Wenn während der Montage der Maschine die untere Oberfläche des Zylinderkopfs 1 auf den Zylinderblock aufgesetzt wird, sind die offenen unteren Seiten der konkaven Bereiche 3 durch die obere Oberflä che des Zylinderblocks abgeschlossen.

Durch Verbindung der konkaven Bereiche 3 mit der Kühlmittelleitung 1d über die Verbindungsleitungen 1e in der beschriebenen Art und Weise bilden die konkaven Bereiche selbst Abschnitte der Kühlmittelleitung 1d. Es sind daher keine Bereiche, wie etwa die Leitungsbereiche 40a gemäß dem Stand der Technik, die in konstruktiver Hinsicht ein schwacher Punkt waren, vor gesehen. Trotzdem ist es leicht möglich, die Bereiche der Kühlmittelleitung 1d unterhalb der Einlaßöffnungen 1a mit ausreichendem Querschnitt hin durchzuführen. Da es nicht notwendig ist, den Sandkern 4 mit komplizierten Bereichen wie den Leitungsbereichen 40a gemäß dem Stand der Technik zu versehen, besteht nicht die Gefahr, daß derartige Leitungsbereiche bzw. die entsprechenden Kernbereiche durch das stoßartig einströmende geschmol zene Metall während des Gießens des Zylinderkopfs beschädigt werden, und es besteht auch nicht die Gefahr, daß die Leitungsbereiche durch Erschütte rungen während des Transports des Sandkerns zerstört werden. Folglich ist die Fehlerquote beim Gießprozeß verringert, und die Herstellungskosten für den Zylinderkopf 1 werden reduziert.

Im übrigen ist es möglich, die konkaven Bereiche 3 auch bei einem anderen Kern als bei einem Sandkern 4 zu verwenden. Ferner können die konkaven Bereiche im Zylinderkopf durch Bearbeitung anstatt durch Gießen hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausfüh rungsform sind vorab aufwärts aufragende, vorspringende Bereiche 6a auf der Unterseite der Hauptform 6 hergestellt worden, die die untere Oberfläche des Zylinderkopfs 1 begrenzt, so daß diese konvexen Bereiche 6a beim Gie ßen des Zylinderkopfs 1 die konkaven Bereiche 3 herstellen. Durch diese konvexen Bereiche 6a auf der unteren Oberfläche der Hauptform wird ein Sandkern zur Bildung der konkaven Bereiche 3 entbehrlich, und die Her stellzeit für den Zylinderkopf 1 wird reduziert. Tatsächlich können verschie dene andere Kerne anstelle des Sandkerns 4 bei der Herstellung des Zylin derkopfs 1 verwendet werden, wie etwa Sandkerne 7 zur Bildung der Auslaß öffnungen und Sandkerne 8 zur Bildung der Einlaßöffnungen.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform werden die konkaven Bereiche 3 so gebildet, daß sie sich der Form der Einlaßöffnungen 1a und der Bohrungen 2 anpassen, die für die Einspritzdüsen vorgesehen sind, so daß gewährleistet ist, daß die Wandstärke zwischen den konkaven Bereichen 3 und den Einlaßöffnungen 1a sowie den Bohrungen 2 annähernd gleich ist. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den relevanten Bereich des Zylinderkopfs 1 in einer Schnittebene, die etwa senkrecht steht zur Mittelachse einer der Bohrungen 2, und die obere Seite der Figur entspricht der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs 1. Dadurch wird es möglich, die Querschnittsfläche der konkaven Bereiche 3 größer aus zuführen.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Hier werden die Endbereiche der Kühlmittelleitung 1d, die mit Hilfe des Sandkerns 4 hergestellt wird, und die Endbereiche der konkaven Bereiche 3 in senkrech ter Richtung einander überlappend dargestellt. Wie in Fig. 7 zu sehen ist, werden Verbindungsbohrungen 1e in senkrechter Richtung mit einem Boh rer oder dergleichen in den Zylinderkopf 1 zwischen den konkaven Berei chen 3 und der Kühlmittelleitung 1d hergestellt.

Da die Verbindungsbohrungen 1e senkrecht verlaufen, wie es auch bei den Bohrungen für die Zylinderkopfbolzen zur Verbindung des Zylinderkopfs 1 mit dem Zylinderblock der Fall ist, ist es möglich, diese Bohrungen gleichzei tig in einer kombinierten Bearbeitung herzustellen. Wenn dagegen die Ver bindungsbohrungen 1e schräg verliefen, würde die Bearbeitungszeit zur Her stellung der Verbindungsbohrungen 1e in dem Zylinderkopf 1 verlängert und die Herstellung entsprechend teurer.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen bezogen sich auf Zylinderköpfe für Maschinen mit Zündkerzen im Mittelpunkt des Zylinders und Einspritz düsen unterhalb der Einlaßöffnungen. Die Erfindung ist jedoch beispielsweise auch anwendbar für Zylinderköpfe für Maschinen, bei denen die Einspritzdü sen im Mittelpunkt des Zylinders und die Zündkerzen unterhalb der Einlaß öffnung angeordnet sind.

Claims

1. Zylinderkopf (1) für eine Mehrzylindermaschine, der durch Gießen her gestellt ist und zwei Einlaßöffnungen (1a) sowie zwei Auslaßöffnungen (1b) für jeden Zylinder umfaßt,
mit einer Kühlmittelleitung (1d), die in dem Zylinderkopf (1) unter Ver wendung eines Sandkerns (4) hergestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß ein konkaver Bereich (3) in dem Zylinder kopf (1) unterhalb der beiden Einlaßöffnungen (1a) hergestellt ist, der der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs (1) zugewandt ist, und daß ei ne Verbindungsbohrung (1e) in dem Zylinderkopf (1) zwischen dem kon kaven Bereich (3) und der Kühlmittelleitung (1d) verläuft.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschi ne eine Zündkerze im wesentlichen im Mittelpunkt des Zylinders in bezug auf die beiden Einlaßöffnungen (1a) und eine Einspritzdüse unterhalb der bei den Einlaßöffnungen (1a) aufweist.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Boh rung (2) zur Aufnahme einer Einspritzdüse vorgesehen ist, und daß der kon kave Bereich (3) so ausgebildet ist, daß die Wandstärke zwischen dem konka ven Bereich (3) und den Einlaßöffnungen (1a) sowie der Bohrung (2) für die Einspritzdüse annähernd gleichförmig ist.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschi ne eine Einspritzdüse im wesentlichen im Mittelpunkt des Zylinders in bezug auf die beiden Einlaßöffnungen (1a) und eine Zündkerze unterhalb der beiden Einlaßöffnungen (1a) aufweist.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylin derkopf eine Bohrung zur Aufnahme der Zündkerze aufweist, und daß der konkave Bereich (3) derart ausgebildet ist, daß die Wandstärke der Wände zwischen dem konkaven Bereich (3) und den Einlaßöffnungen (1a) sowie der Bohrung für die Zündkerze annähernd gleich ist.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konka ve Bereich (3) durch mechanische Bearbeitung hergestellt ist.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konka ve Bereich (3) beim Gießen des Zylinderkopfs durch einen konvexen Bereich (6a) in der der unteren Oberfläche des Zylinderkopfs entsprechenden Fläche der Gußform hergestellt ist.

8. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der Kühlmittelleitung (1d) und ein Bereich des konkaven Bereichs (3) in senkrechter Richtung einander überlappend angeordnet sind und daß die Verbindungsbohrung (1e) in senkrechter Richtung die überlappenden Berei che verbindet.