Zylinderkopf

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit einem nach oben offenen Zündkerzenrohr (1), einem endseitig des Zündkerzenrohres vorhandenen Anschlussgewinde (6) zur Verschraubung der Zündkerze in dem Zylinderkopf (3) und einer in das Zündkerzenrohr eingesetzten Hülse (2), die die Zündkerze aufnimmt, wobei das mit einem erweiterten Durchmesser (D) versehene Zündkerzenrohr (1) quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt ist.
Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Zylinderkopfes beschrieben, bei dem zunächst der Innendurchmesser (d) des Zündkerzenrohres (1) durch ein materialabtragendes Verfahren auf einen Durchmesser (D) erweitert wird, der größer als der Außendurchmesser der Hülse (2) ist, anschließend das Zündkerzenrohr (1) quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt und letztlich die mit der dauerelastischen Dichtungsmasse benetzte Hülse (2) in das Zündkerzenrohr (1) eingesetzt und darin justiert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung für Bleche mit mindestens Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Derartige gattungsgemäße Zylinderköpfe sind im Stand der Technik beispielsweise aus der DE 36 01 274 C2 bekannt, wo ein Zylinderkopf mit mehreren einstückig angeformten Zündkerzenrohren zur Aufnahme von Zündkerzen beschrieben ist.

[0003] Der Zylinderkopf von Verbrennungsmotoren dichtet den Arbeitsraum des Zylinders ab und überträgt einen Teil der bei der Verbrennung entstehenden Wärmeenergie an das im Zylinderkopf zirkulierende Kühlmittel, um damit die Bauteiltemperaturen insgesamt zu begrenzen.

[0004] Der Zylinderkopf wird durch Vorspann- und Gaskräfte mechanisch beansprucht und durch die Verbrennung thermisch belastet. Die Vorspannkräfte des Zylinderkopfes rühren von der Verschraubung mit dem Zylinderblock her, während die Gaskräfte durch die Verbrennung im Brennraum verursacht werden, die somit auch für die thermische Aufheizung der Bauteile verantwortlich sind.

[0005] Der Zylinderkopf ist zudem maßgeblich für den Gaswechsel des Verbrennungsvorganges verantwortlich und nimmt die Einlass-und Auslassventile sowie bei Benzinmotoren oder bei gasbetriebenen Dieselmotoren die Zündkerze eines jeden Zylinders auf.

[0006] Hochleistungsmotoren moderner Bauart verfügen heute regelmäßig über mehrere Ein-bzw. Auslassventile. Die Ventile, die jeweils aus einem Ventilkopf und einem Ventilschaft bestehen, liegen dichtend an einem Ventilsitz an, der in den Zylinderkopf eingearbeitet oder eingefügt ist. Dem Ventilkopf nachgeschaltet sind die jeweiligen Einlass- bzw. Auslasskanäle des Motors.

[0007] Um Undichtheiten des Ventilsitzes, die durch einseitige Abnutzung verstärkt beanspruchter Ventilbereiche entstehen, vorzubeugen, werden an Motoren bekannter Bauarten vielfach die Ventile drehbar angeordnet, sodass sie bei jedem Hub eine kleine Drehbewegung ausführen, die meist beim Öffnen des Ventiles erfolgt.

[0008] Außerdem kann es aus unterschiedlichen Gründen vorkommen, dass die Ventile nicht hundertprozentig abdichten, weil beispielsweise die Ventilmittenachse infolge vorhandener Fertigungs- oder Montageungenauigkeiten außerhalb der Mittenachse des Ventilsitzringes liegt, also ein Versatz vorhanden oder der Ventilsitz beschädigt ist.

[0009] Bei größerem Verschleiß oder Schäden wie Narben oder Einschlagstellen ist ein Nachschleifen oder Fräsen der Ventilsitze im Zylinderkopf erforderlich. In Extremfällen müssen das Ventil sowie der Ventilsitzring ausgetauscht werden. Dies ist nicht nur kostenintensiv, sondern auch aufwendig.

[0010] Ein weiteres Problem ergibt sich für den ordnungsgemäßen Ventilsitz aus der Tatsache heraus, dass heutige Zylinderköpfe von Verbrennungsmotoren zumeist aus Aluminium hergestellt sind. Dieses neigt verstärkt zu ungleichmäßigen Materialausdehnungen, sodass der Zylinderkopf und mit ihm nicht zuletzt die Ventilsitzringe verzogen werden. Dieses Problem stellt sich insbesondere nach einem Kaltstart des Motors. Dabei werden vor allem die brennraumseitigen Partien des Zylinderkopfes thermisch hoch belastet.

[0011] Eine weitere der möglichen Ursachen dieser unerwünschten Verformung der Ventilsitzringe ist in dem im Zylinderkopf vorhandenen Zündkerzenrohr zu sehen. Das Zündkerzenrohr ist eine Aufnahmeöffnung für die Zündkerze des Motors und ist somit an jedem Zylinderkopf notwendig, in dem eine Zündkerze vorhanden ist. Das Zündkerzenrohr kann aus einem vom Zylinderkopf abweichenden Material bestehen, wird jedoch zumeist bei der Herstellung des Zylinderkopfes unmittelbar in Form einer Bohrung oder Ausnehmung in diesen eingearbeitet. Es ermöglicht die Aufnahme der Zündkerzen beziehungsweise deren Zugänglichkeit, weshalb es auch einseitig eine Öffnung aufweisen muss.

[0012] Die Ventilsitzringe werden durch die konstruktiv eng bemessenen Abstände der Ventile untereinander zwangsläufig in unmittelbarer Nähe des Gewindes der Zündkerze angeordnet. Im kalten Zustand des Zylinderkopfes sind die einzelnen Baugruppen proportional und weisen keinerlei Verzug auf. Sie sind demnach hundertprozentig maßhaltig. Bei einer Erwärmung nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors kommt es zu lokal sehr unterschiedlichen Materialausdehnungen des Zylinderkopfes. Dies führt wiederum dazu, dass sich auch die Ventilsitzringe ungleichmäßig verformen und bildet mithin die Ursache des so genannten

Cold-Stall-Effektes".

[0013] Die Ventile werden undicht, wobei das Problem von Ablagerungen im Bereich der undichten Stellen zu einem beschleunigten Verschleiß der Ventile und auch des Ventilsitzringes führt. Zwar egalisiert sich der genannte Effekt bei gleichmäßiger Erwärmung, also bei längerer Laufzeit des Motors wieder, jedoch können die in der Kaltstartphase auftretenden erhöhten Verschleißerscheinungen im Ventilsitzbereich insgesamt zu einem vorzeitigen Ausfall des Motors führen.

[0014] Der Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, einen Zylinderkopf zu entwickeln, bei dem eine ungleichmäßige Verformung der Ventilsitzringe weitestgehend vermieden wird. Außerdem soll ein Verfahren bereitgestellt werden, dass die Herstellung eines solchen Zylinderkopfes ermöglicht.

[0015] Zur Lösung der technischen Problemstellung wird vorgeschlagen, an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zündkerzenrohr (1) pro Zylinder, wobei das Zündkerzenrohr einen dem Brennraum des Motors zugewandten Endbereich mit einem Anschlussgewinde (6) zur Verschraubung einer Zündkerze in dem Zylinderkopf (3) und einen sich daran anschließenden zur Motoraußenseite geöffneten Bereich mit erweitertem Durchmesser (d) aufweist, das Zündkerzenrohr derart auszuführen, dass es quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt ist.

[0016] Durch die Durchtrennung quer zur Längsrichtung bleibt die Ausdehnung des Zylinderkopfes ohne Einfluss auf das Zündkerzenrohr, sodass damit auch eine Verformung der Ventilsitze vermieden wird.

[0017] Mittels dieser vorgestellten Lösung ist es erstmalig möglich, sowohl neue Zylinderköpfe als auch bereits in Betrieb befindliche Motoren mit derartigen Vorrichtungen auszustatten und damit sowohl in der Kaltlaufphase als auch im Warmlauf des Motors einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten. Die Ventilsitze verformen sich nicht mehr, und der Motor verschleißt nunmehr erst in erheblich verlängerten Lebensdauerzyklen. Es wurde hiermit eine sehr kostengünstige Variante der Aufarbeitung alter Motoren und der Verbesserung neuer Motorensysteme ermöglicht.

[0018] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0019] So wird gemäß der vorgestellten Erfindung ferner vorgeschlagen, eine Hülse in das Zündkerzenrohr einzusetzen und diese Hülse mittels einer dauerelastischen Dichtungsmasse in dem Zündkerzenrohr zu befestigen. Die dauerelastische Dichtungsmasse gestattet eine Ausdehnung des Zylinderkopfes und des Zündkerzenrohres in begrenztem Umfang, ohne dass sich die Bauteile gegenseitig beeinflussen. Die dauerelastische Dichtungsmasse, die beispielsweise auf einer thermisch belastbaren Silikonbasis hergestellt werden kann, dient damit einem Ausgleich der unterschiedlichen Verformungen der betreffenden Zylinderkopfbereiche infolge ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungen. Gleichzeitig dichtet die Hülse in verbindung mit der dauerelastischen Dichtmasse das durchtrennte Zündkerzenrohr gegen Austritte von Kühlflüssigkeit ab, sofern bei der Durchtrennung ein Kühlflüssigkeitsführender Hohlraum des Motorblockes tangiert wird.

[0020] Da das Zündkerzenrohr in seinem Querschnitt erweitert werden muss, damit die Hülse darin einsetzbar ist, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Hülse mit einer Länge auszustatten, die der Länge des Zündkerzenrohres entspricht, sodass die Durchmesserdifferenz wieder ausgeglichen wird und mithin keine Querschnittsreduzierung in diesem sensiblen Bereich des Zylinderkopfes auftritt, die möglicherweise zu einer Zerstörung des Zylinderkopfes führen könnte.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in den nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritten. Danach wird zunächst der Innendurchmesser des Zündkerzenrohres durch ein materialabtragendes Verfahren auf einen Durchmesser erweitert, der größer als der Außendurchmesser der Hülse ist. Als materialabtragendes Verfahren können spanende Verfahren eingesetzt werden, wie sie an sich bekannt sind. Anschließend wird das Zündkerzenrohr quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt, woran sich der Einsatz der Hülse in das Zündkerzenrohr anschließt, wobei die Hülse mit der dauerelastischen Dichtungsmasse versehen wird. Diese dauerelastische Dichtungsmasse hat ferner den Vorteil, dass die dichtigkeit des Zylinderkopfes nach wie vor gewährleistet bleibt, das heißt, kein Kühlmittel entweichen kann.

[0022] Das erfindungsgemäße Verfahren sowie ein Zylinderkopf nach der vorgestellten Lösung lassen sich problemlos in die Herstellungszyklen der Kraftfahrzeuge einfügen, ohne dass größere Änderungen der Produktionsabläufe notwendig sind. Zudem ist die Nachrüstung alter Zylinderköpfe möglich.

[0023] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1

einen Schnitt durch einen Zylinderkopf ohne eine Hülse,

Figur 2

einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit einer darin eingesetzten Hülse und

Figur 3

einen vergrößerten Ausschnitt des die Hülse aufnehmenden Bereiches.

[0024] Anhand der Figuren lässt sich sowohl der Aufbau eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes als auch die Schrittfolge zur Herstellung eines derartigen Zylinderkopfes anschaulich erläutern. In dem Zylinderkopf 3 sind mehrere Ausnehmungen 5 eingelassen, die einerseits einer Gewichtsreduzierung und andererseits dem Transport des darin zirkulierenden Kühlmittels dienen.

[0025] Die zentrale Bohrung mit dem Durchmesser

d" ist das Zündkerzenrohr 1 vor seiner Erweiterung. Im unteren Abschnitt des Zündkerzenrohres 1, also in seinem Bodenbereich, ist ein Gewinde 6 zur Befestigung der Zündkerze eingebracht. Die Zündkerze wurde in den Figuren der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Durch ein spanabhebendes Verfahren wird das Zündkerzenrohr 1 auf den Durchmesser

D" erweitert.

[0026] Anschließend kann die Hülse 2 in das Zündkerzenrohr eingesetzt werden. Zwischen Hülse 2 und Zündkerzenrohr ist zudem eine dauerelastische Dichtungsmasse eingebracht.

[0027] Das Zündkerzenrohr 1 ist senkrecht zu seiner Längsmittenachse durch einen Schlitz 4 geteilt. Dieser Schlitz 4 kann beispielsweise bei der Herstellung eines neuen Zylinderkopfes unmittelbar eingeformt oder nachträglich mittels eines Trennwerkzeuges eingebracht werden. Er verläuft vorzugsweise umlaufend, kann jedoch ebenso nur abschnittsweise vorgesehen sein.

[0028] Der Innnendurchmesser der Hülse 2 wurde derart gewählt, dass die Zündkerze mittels eines Werkzeuges einsetzbar ist und in dem Gewinde befestigt bzw. aus dem Gewinde gelöst werden kann.

[0029] Die Zylinderblockseite ist in den Figuren als Unterseite 8 des Zylinderkopfes gekennzeichnet worden, während die dieser gegenüberliegende Seite als Oberseite 7 bezeichnet ist.

Bezugszeichenliste:

[0030] 

1

Zündkerzenrohr

2

Hülse

3

Zylinderkopf

4

Schnitt

5

Ausnehmungen

6

Zündkerzenanschlussgewinde

7

Oberseite des Zylinderkopfes

8

Anlagefläche am Motorblock

d

Durchmesser des Zündkerzenrohres

D

erweiterter Durchmesser des Zündkerzenrohres

Ansprüche

1. Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Zündkerzenrohr (1) pro Zylinder, wobei das Zündkerzenrohr einen dem Brennraum des Motors zugewandten Endbereich mit einem Anschlussgewinde (6) zur Verschraubung einer Zündkerze in dem Zylinderkopf (3) und einen sich daran anschließenden zur Motoraußenseite geöffneten Bereich mit erweitertem Durchmesser (d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkerzenrohr (1) im Bereich des erweiterten Durchmessers (d) zumindest abschnittsweise quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt ist.

2. Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Zündkerzenrohr (1) eine Hülse (2) und mittels einer dauerelastischen Dichtungsmasse in dem Zündkerzenrohr (1) festgesetzt ist.

3. Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstelle des Zündkerzenrohres (1) ein abschnittsweise in die Wandung des Zündkerzenrohres eingebrachter Schlitz (4) ist.

4. Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) eine dem Zündkerzenrohr (1) annähernd entsprechende Länge aufweist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Innendurchmesser (d) des Zündkerzenrohres (1) durch ein materialabtragendes Verfahren auf einen Durchmesser (D) erweitert wird, der größer als der Außendurchmesser der Hülse (2) ist, anschließend das Zündkerzenrohr (1) zumindest abschnittsweise quer zu seiner Längsrichtung durchtrennt und letztlich die mit der dauerelastischen Dichtungsmasse benetzte Hülse (2) in das Zündkerzenrohr (1) eingesetzt und darin justiert wird.

Zeichnung