Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Abstract

 Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer kurbelgehäuseseitigen Dichtfläche (2), in der mindestens zwei von einem Steg (3) getrennte Brennraumdächer (4, 4') angeordnet sind, wobei die Dichtfläche (2) im Stegbereich zumindest eine Bohrung (5) weitgehend in Richtung einer Zylinderachse aufweist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Deformation des Steges und auch der Ventilsitzringe weitgehend verhindert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine gemäß der Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Sie geht von der deutschen Patentschrift DE 4342800 C2 aus. In dieser ist ein Zylinderkopf für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine beschrieben, deren Zylinderbereiche jeweils von einem Steg getrennt sind. Damit die Stege und somit auch die sensiblen Ventilführungen, des thermisch hoch belasteten Zylinderkopfs durch thermische Ausdehnung nicht deformiert werden, weisen die Stege kreisbogenförmige Vertiefungen auf. Diese Vertiefungen bilden weiche Bereiche im Zylinderkopf, die auftretende thermische Ausdehnungen bzw. Verspannungen aufnehmen und somit eine Deformation der Ventilführungen und gleichzeitig eine Undichtigkeit der Stege beim Betrieb der Brennkraftmaschine verhindern.

[0003] Bei modernen Motoren, insbesondere bei Reihenmotoren, werden zur Gewichtsreduzierung und zur Reduzierung der Zylinderkopflänge (Bauraum) die Stege in ihrer Stärke so weit wie möglich reduziert, d. h. der Zylinderabstand wird minimiert. Durch diese Materialschwächung ist das Einbringen von kreisbogenförmigen Vertiefungen zur Minimierung von thermischen Ausdehnungen kaum mehr möglich.

[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Methode aufzuzeigen, wie die thermische Ausdehnung eines schmalen Steges zwischen zwei Zylindern in einem Zylinderkopf minimiert werden kann.

[0005] Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung dehnt sich das Stegmaterial bei Erhitzung in Richtung der Bohrung, anstelle in Längsrichtung oder in Richtung des Kurbelgehäuses aus. Durch diese Maßnahme kann die Zylinderkopfdichtung entweder im Stegbereich einfacher, d. h. auch kostengünstiger ausgeführt, oder der Stegbereich noch schlanker ausgelegt werden.

[0006] Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 erlaubt die Einbringung einer Vielzahl von Bohrungen in Richtung der Zylinderachse, selbst bei schmalen Stegen.

[0007] Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 erlaubt die Verteilung der Bohrungen nach statischen Bedingungen, d. h. entsprechend den auftretenden thermischen Deformationen beim Betrieb der Brennkraftmaschine. Beispielsweise kann mittels einer numerischen Simulation die Wärmedehnung des Stegbereiches ermittelt und anschließend können die Entlastungsbohrungen optimal angeordnet werden. Abhängig von der Wärmedehnung können mehrere Bohrungen stochastisch verteilt oder symmetrisch zu den Brennraumdächern oder aus einer Kombination beider Verteilungsarten angeordnet werden.

[0008] Durch die Herstellung der Bohrung mittels Laser- bzw. Ultraschallbohren gemäß Patentanspruch 4 kann diese schnell und kostengünstig eingebracht werden.

[0009] Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.

Fig. 1

zeigt schematisch die Aufsicht auf einen Ausschnitt einer Montagefläche eines Zylinderkopfs.

[0010] Ein Zylinderkopf 1 wird an zwei Außenseiten durch jeweils eine erste Außenwand 1 a und eine zweite Außenwand 1 b begrenzt. Zwischen den Außenwänden 1 a, 1 b befinden sich zwei halbe kalottenförmige, in den Zylinderkopf 1 eingearbeitete Brennraumdächer 4, 4', die von einem Steg 3, der ebenfalls Bestandteil des Zylinderkopfs 1 ist, getrennt sind. Zwischen den Brennraumdächern 4, 4' befinden sich im Stegbereich 3 in einer kurbelgehäuseseitigen Dichtfläche 2 Bohrungen 5. Die Bohrungen 5 sind im vorliegenden Fall symmetrisch zu den Brennraumdächern 4, 4' verteilt und sind weitgehend in Richtung einer nicht dargestellten Zylinderachse ausgerichtet. Eine Reihe mit Bohrungen 5 erstreckt sich geradlinig in Ausdehnungsrichtung des Steges 3 zwischen den Brennraumdächern 4, 4', zwei weitere Reihen mit Bohrungen 5 erstrecken sich koaxial zu den Brennraumdächern 4, 4' im Stegbereich 3.

[0011] Die Bohrungen 5 weisen im Ausführungsbeispiel einen Bohrungsdurchmesser von 0,05 mm sowie eine Bohrungstiefe von 1 mm auf. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Bohrungsdurchmesser auch zwischen 0,01 und 1 mm liegen und die Bohrungstiefe zwischen 0,1 und 8 mm betragen. Neben einer symmetrischen Verteilung der Bohrungen 5 um die Brennraumdächer 4, 4' ist auch eine stochastische Verteilung der Bohrungen 5 möglich bzw. eine Kombination aus beiden Verteilungsarten.

[0012] Die Bohrungen 5 wurden mittels Laserbohren hergestellt, können aber auch durch Ultraschallbohren erzeugt werden.

[0013] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Deformation und somit Undichtigkeit zwischen den Brennraumdächern 4, 4' durch die thermische Ausdehnung der Stege 3 verringert. Ferner wird eine damit einhergehende Verringerung der Flächenpressung einer Zylinderkopfdichtung erzielt. Der Einsatz dieser Perforation ist auch bei modernen Reihenmotoren mit extrem schmalen Stegen 3 möglich. Darüber hinaus handelt es sich um ein schnelles und kostengünstiges Verfahren, um oben genannte Nachteile zu vermeiden.

Bezugszeichenliste

[0014] 

1

Zylinderkopf

1a

erste Außenwand

1 b

zweite Außenwand

2

Dichtfläche

3

Steg

4, 4'

Brennraumdach

5

Bohrung

Ansprüche

1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer kurbelgehäuseseitigen Dichtfläche (2) in der mindestens zwei von einem Steg (3) getrennte Brennraumdächer (4, 4') angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (2) im Stegbereich zumindest eine Bohrung (5) weitgehend in Richtung einer Zylinderachse aufweist.

2. Zylinderkopf nach Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5) einen Bohrungsdurchmesser zwischen 0,01 und 1 mm, sowie eine Bohrungstiefe zwischen 0,1 und 8 mm aufweist.

3. Zylinderkopf nach Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass im Stegbereich mehrere Bohrungen (5) symmetrisch zu den Brennraumdächer (4, 4') und/oder stochastisch verteilt angeordnet sind.

4. Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (5) mittels Laserbohren oder Ultraschallbohren erzeugt ist.

Zeichnung