DE10160731A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer zwischen einem Zylinderkopf (1) und einem Zylinder (2) angeordneten, an einen Brennraum (3) grenzenden ebenen Platte, welche zumindest eine Öffnung (6, 7, 13) für zumindest ein Einlassventil (8) und/oder ein Auslassventil (9) und/oder zumindest eine Einspritzeinrichtung (14) oder dergleichen aufweist, wobei die Platte (4) an einen ebenen Zylinderkopfboden (1a) grenzt. Um auf möglichst einfache Weise den Wärmeeintrag in den Zylinderkopf (1) zu vermindern, ist vorgesehen, dass der Durchmesser der Öffnung (6, 7, 13) größer ist als der Ventilsitz für das Einlassventil (8) und/oder für das Auslassventil (9) und dass der Ventilsitz für das Einlassventil (8) und/oder für das Auslassventil (9) durch den Zylinderkopf (1) oder einen fest mit diesem verbundenen Ventilsitzring (16, 17) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer zwischen einem Zylin­ derkopf und einem Zylinder angeordneten, an einen Brennraum grenzenden ebenen Platte, welche zumindest eine Öffnung für zumindest ein Einlassventil und/oder ein Auslassventil und/oder zumindest eine Einspritzeinrichtung oder dergleichen aufweist, wobei die Platte an einen ebenen Zylinderkopfboden grenzt.

Aus der US 4,774,912 A ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine be­ kannt, welcher aus einem struktursteifen und die Kühlwasserräume aufweisen­ den Oberteil besteht, welcher durch eine Bodenplatte abgeschlossen ist, wobei die Bodenplatte an die Wasserräume grenzt. Die beiden Teile des Zylinderkopfes sind zu einer einzigen gemeinsamen Struktur verbunden. Die Bodenplatte ist durch ein Metall von höherer Wärmefestigkeit und geringerer Wärmeleitfähigkeit gebildet als der struktursteife Oberteil. Auf diese Weise können höhere Zylinder­ drücke realisiert werden. Die direkt an die Bodenplatte grenzenden Wasserräume erfordern allerdings eine eigene Konstruktion des Oberteiles und Abdichtmaß­ nahmen für das Kühlmittel, was den Fertigungsaufwand erhöht.

Aus der DE 33 07 115 A1 ist ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannt, dessen dem Brennraum gegenüberliegende Fläche von einer Platte abgedeckt ist, die Öffnungen für Ventile, Zündkerzen oder Einspritzdüsen aufweist. Durch die Platte soll eine brennraumseitige Isolierung des Zylinderkopfes erreicht werden. Die kreisförmige Platte ist dabei in einen im Zylinderkopf ausgebildeten Kragen eingeschrumpft. Dies hat den Nachteil, dass eine separate Bearbeitung des Zy­ linderkopfbodens, sowie zusätzliche Arbeitsschritte für den Einschrumpfvorgang erforderlich sind, was auch hier den Fertigungsaufwand wesentlich erhöht. Wei­ ters wird der Zylinderkopfboden durch Kerbwirkung geschwächt. Ähnliche Platten sind auch aus den Veröffentlichungen CH 389 990 A, DE 35 23 131 C1 und DE 30 39 718 A1 bekannt.

Die GB 111 095 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine mit einer Bodenplatte, welche an einen ebenen Zylinderkopfboden grenzt. Der Ventilsitz ist in der Bo­ denplatte vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs ge­ nannten Art auf möglichst einfache Weise einen geringeren Wärmeeintrag in den Zylinderkopf zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Durchmesser der Öffnung größer ist als der Ventilsitz für das Einlassventil und/oder für das Auslassventil und dass der Ventilsitz für das Einlassventil und/oder für das Auslassventil durch den Zylinderkopf oder einen fest mit diesem verbundenen Ventilsitzring gebildet ist. Die Funktion des Ventilsitzes wird somit in herkömmlicher Weise durch den Zylinderkopf übernommen. Die Platte kann somit sehr einfach ausgeführt sein. Die ebene Platte liegt dabei plan an einer ebenen Anschlussfläche des Zylinder­ kopfbodens an. Kragenartige Vertiefungen im Zylinderkopfboden zum Einsetzen der Platte sind nicht erforderlich. Der Zylinderkopfboden ist somit bis auf Öffnun­ gen für Einlassventile, Auslassventile, Einspritzeinrichtungen, Wasserübertritte und/oder Zylinderkopfschrauben geschlossen und eben ausgeführt. Somit kann ein Standardzylinderkopf ohne konstruktive Änderungen oder zusätzliche Bear­ beitungsschritte verwendet werden. Auch bestehende Standardzylinderköpfe können leicht mit der Bodenplatte nachgerüstet werden. Weiters kann trotz der vorstehenden Ventile ein Kolben ohne Tasche, das heißt mit ebenfalls ebener Krone eingesetzt werden. Dies ist bei hohen Zünddrücken und hoher thermischer Belastung aus Festigkeitsgründen zu bevorzugen.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist dabei vorgesehen, dass der Durchmesser der Platte maximal dem Bohrungsdurchmesser des Zylinders ent­ spricht. In diesem Falle weist die Platte einen kreisförmigen Umriss auf, wobei die Platte vorzugsweise mit Befestigungsschrauben am Zylinderkopf befestigt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Platte über eine Überwurfmutter in einer Injektoraufnahmebohrung befestigt sein.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Platte den Zylinder vollständig überragt und vom Zylinderkopf an den Zylinder­ block und/oder an eine im Zylinderblock angeordnete Zylinderlaufbuchse ge­ presst ist. Auf eine separate Zylinderkopfdichtung kann verzichtet werden, wenn die Platte ein Abdichtmittel zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock darstellt und die Abdichtflächen zum Zylindergehäuse und/oder zur Zylinderlaufbuchse ausbil­ det.

Die Platte kann sich dabei über die vollständige Länge und/oder Breite des Zylin­ derkopfes erstrecken. Der Zylinderkopf kann als Einzelzylinderkopf oder als Mehrzylinderkopf ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Platte zumindest eine Wasserübertrittsöffnung zwischen Zylindergehäuse und Zylinder­ kopf aufweist. Somit sind auch im Bereich der Wasserübertritte zwischen Zylin­ dergehäuse und Zylinderkopf keine separaten Abdichtmittel erforderlich. Die Platte weist vorteilhafterweise auch Durchtrittsöffnungen für Zylinderkopfschrau­ ben auf, durch welche die Platte durch den Zylinderkopf an das Zylindergehäuse oder die Zylinderlaufbuchse gepresst ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgese­ hen, dass die Platte auf der Seite des Brennraumes um zumindest eine Öffnung für ein Einlass- oder Auslassventil eine Anfasung aufweist. Die Anfasungen kön­ nen mit individueller, strömungsgünstiger Geometrie ausgeführt sein. Dies ist besonders dann möglich, wenn die Anfasung zumindest zwei Bereiche mit unter­ schiedlichen zwischen Anfasung und einer Zylinderachsparallelen definierten Fa­ senwinkeln aufweist, wobei vorzugsweise die Änderung des Fasenwinkels zwi­ schen den Bereichen stetig verlaufend ausgebildet ist, wobei - wie bereits be­ schrieben - die Ventilsitzringe wie bei herkömmlichen Zylinderköpfen im Zylin­ derkopfboden angeordnet sind. Dadurch, dass die Zylinderkopfbodenfasen für die Einlass- oder Auslassventile nicht im Zylinderkopfboden, sondern in der Platte angeordnet sind, kann die effektive Ventilsitzringhöhe reduziert werden, was sich vorteilhaft auf die Kühlmittelführung im Wassermantel des Zylinderkopfes aus­ wirkt.

Um den Wärmeeintrag in den Zylinderkopfboden effektiv zu vermindern, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Platte aus einer hoch warmfesten Legierung oder aus Keramik besteht. Es ist aber auch möglich, dass die Platte aus einem auste­ nitischen oder martensitischen rostfreien Stahl, oder aus Stahlguss ausgeführt wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausfüh­ rungsvariante in einer Schrägansicht in einem Schnitt durch einen Zylinder,

Fig. 2 eine brennraumseitige Ansicht des Zylinderkopfes gemäß der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Brennkraftmaschine im Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 das Detail IV aus Fig. 3,

Fig. 5 das Detail V aus Fig. 3,

Fig. 6 das Detail VI aus Fig. 3,

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Aus­ führungsvariante in einer Schrägansicht in einem Schnitt durch ei­ nen Zylinder,

Fig. 8 eine brennraumseitige Ansicht des Zylinderkopfes gemäß der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 die Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 das Detail X aus Fig. 9,

Fig. 11 das Detail XI aus Fig. 9,

Fig. 12 das Detail XII der Brennkraftmaschine aus Fig. 9 und

Fig. 13 eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Brenn­ kraftmaschine in einem Schnitt analog zu Fig. 3.

Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Zwischen einem Zylinderkopf 1 und einem Zylinder 2 ist eine an den Brennraum 3 grenzende Platte 4 angeordnet. Die ebene Platte 4 liegt satt an einem bis auf Öffnungen für Einlassventile 8 und/oder Auslassventile 9 und/oder Einspritzein­ richtungen 15 geschlossenen, ebenen Zylinderkopfboden 1a an. Der Zylinder 2 wird in den Ausführungsbeispielen durch eine in einem nicht weiter dargestellten Zylindergehäuse angeordnete Zylinderlaufbuchse 5 gebildet. Die aus einem me­ tallischen Werkstoff bestehende ebene Platte 4 weist Öffnungen 6, 7 für Einlass­ ventile 8 bzw. Auslassventile 9 auf. Um eine für den Gaswechsel günstige Strö­ mungsgeometrie auszubilden sind um die Öffnungen 6, 7 in die Platte 4 jeweils Fasen 10, 11 eingeformt, welche in Umfangsrichtung jeweils einen kontinuierlich sich verändernden Phasenwinkel α bezüglich einer Zylinderachseparallelen 12a aufweisen. Weiters weist die Platte 4 im Bereich der Zylinderachse 12 eine Öff­ nung 13 für die Mündung 14 einer Einspritzeinrichtung 15 in den Brennraum 3 auf. Bei allen Ausführungsvarianten sind die durch Ventilsitzringe 16, 17 gebil­ deten Ventilsitze der Einlassventile 8 bzw. der Auslassventile 9 im Zylinderkopf 1 angeordnet.

Bei dem in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Platte 4 kreisrund ausgebildet und weist einen Durchmesser D auf, welcher maximal dem Bohrungsdurchmesser B des Zylinders 2 entspricht. Die Platte 4 ist über Schrau­ ben 25 am ebenen Zylinderkopfboden 1a befestigt. Zwischen dem Zylinderkopf 1 und der Zylinderlaufbuchse 5 ist eine Zylinderkopfdichtung 18 angeordnet, wel­ che die Abdichtfunktion zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderlaufbuchse 5 ge­ genüber dem Brennraum 3 übernimmt. Wie aus den Fig. 5 und 6 hervorgeht, weist die Platte 4 in Richtung der Zylinderachse 12 eine Dicke 19 auf, welche größer oder kleiner ist, als die Stärke 20 der Zylinderkopfdichtung 18.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen eine zweite Ausführungsvariante, bei der die zwischen Zylinderkopfboden 1a des Zylinderkopfes 1 und der oder den Zylinderlaufbuch­ sen 5 angeordnete Platte 4 über den Bohrungsdurchmesser B des Zylinders 2 hinausragt und sich vorteilhafterweise über den gesamten Zylinderkopfboden 1a erstreckt. Bei dieser Ausführungsvariante kann auf eine separate Zylinderkopf­ dichtung verzichtet werden, wenn die Platte 4 die Dichtfunktion gegenüber der Zylinderlaufbuchse 5 übernimmt. Um die Dichtheit zwischen Zylinderlaufbuchse 5 und der Platte 4 gegenüber dem Brennraum 3 zu gewährleisten, ist es vorteil­ haft, zur weiteren Verbesserung der Abdichtfunktion im Bereich der Dichtfläche der Zylinderlaufbuchse 5 oder der Platte 4 einen umlaufenden Steg 21 und/oder eine Nut 22 auszubilden. Zur Abdichtung von Kühlmittel und Schmierstoffen kann die Platte 4 eine Beschichtung oder Bestückung mit elastischen Dichtelementen aufweisen.

Bei der zweiten Ausführungsvariante weist die Platte 4 neben den Öffnungen 6 und 7 für die Einlassventile 8 und die Auslassventile 9 sowie die Öffnung 13 für die Mündung 14 der Einspritzeinrichtung 15 noch Bohrungen 23 für die Zylinder­ kopfschrauben sowie zumindest eine Stößelstangenöffnung 24, Wasserübertritts­ öffnung 28 und/oder Ölübertrittsöffnung 29 zwischen Zylindergehäuse und Zylin­ derkopf 1 auf. Mit Bezugszeichen 27 sind in Fig. 7 Gaswechselkanäle angedeutet.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der die Platte 4 - zusätzlich oder an Stelle der Schrauben 25 - über eine Überwurfschraube 25a um die Ein­ spritzeinrichtung 15 in der Injektoraufnahmebohrung 15a befestigt ist. Mit Be­ zugszeichen 30 ist ein im Zylinder 2 hin- und hergehender Kolben bezeichnet.

Die vorteilhafterweise aus einer warmfesten Legierung bestehende Platte 4 redu­ ziert den Wärmeintrag in den Zylinderkopfboden 1a und verringert somit die thermischen Spannungen. Dadurch entstehen höhere Freiheiten bei der Werk­ stoffwahl für den Zylinderkopf 1. Weiters schwächen die Kopfbodenfasen nicht die Struktur des Zylinderkopfes.

Claims (14)

1. Brennkraftmaschine mit einer zwischen einem Zylinderkopf (1) und einem Zylinder (2) angeordneten, an einen Brennraum (3) grenzenden ebenen Platte, welche zumindest eine Öffnung (6, 7, 13) für zumindest ein Einlass­ ventil (8) und/oder ein Auslassventil (9) und/oder zumindest eine Einspritz­ einrichtung (14) oder dergleichen aufweist, wobei die Platte (4) an einen ebenen Zylinderkopfboden (1a) grenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnung (6, 7, 13) größer ist als der Ventilsitz für das Einlassventil (8) und/oder für das Auslassventil (9) und dass der Ventilsitz für das Einlassventil (8) und/oder für das Auslassventil (9) durch den Zylin­ derkopf (1) oder einen fest mit diesem verbundenen Ventilsitzring (16, 17) gebildet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) auf der Seite des Brennraumes (3) um zumindest eine Öffnung (6, 7) für ein Einlassventil (8) oder Auslassventil (9) eine Anfasung (10, 11) aufweist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfasung (10, 11) zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen, zwischen Anfasung (10, 11) und einer Zylinderachsparallelen (12a) definierten, Fa­ senwinkeln (α) aufweist, wobei vorzugsweise die Änderung des Fasenwinkels (α) zwischen den Bereichen stetig verlaufend ausgebildet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) am Zylinderkopf (1) vorzugsweise mit Schrau­ ben (25) am Zylinderkopfboden (1a) und/oder mit einer Überwurfschraube (25a) in einer Injektoraufnahmebohrung (15a) befestigt ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Platte (4) einen im Wesentlichen kreisförmigen Umriss aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Durchmesser (D) der Platte (4) maximal dem Bohrungs­ durchmesser (B) des Zylinders (2) entspricht.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) den Zylinder (2) vollständig überragt und vom Zylinderkopf (1) an den Zylinderblock und/oder an eine im Zylinderblock an­ geordnete Zylinderlaufbuchse (5) gepresst ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) ein Abdichtmittel zwischen Zylinderkopf (1) und Zylinder (2) dar­ stellt und die Abdichtflächen zum Zylinderblock und/oder zur Zylinderlauf­ buchse (5) ausbildet.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) zumindest eine Stößelstangenöffnung (24), Wasserüber­ trittsöffnung (28) und/oder Ölübertrittsöffnung (29) zwischen Zylinderge­ häuse und Zylinderkopf (1) aufweist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) zumindest eine Durchtrittsöffnung (23) für eine Zylinderkopfschraube aufweist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) aus einer warmfesten Legierung besteht.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) aus einem aus austenitischen rostfreien Stahl besteht.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) aus einem martensitischen rostfreiem Stahl besteht.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) aus Stahlguss besteht.

14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Platte (4) aus Keramik besteht.