AT17085U1

AT17085U1 - Brennkraftmaschine mit Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: AT17085U1
Application number: ATGM8034/2020U
Authority: AT
Inventors: Gelter Ing Jürgen; Zapf Ing Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit einem Kurbelgehäuse (2), in dem zumindest ein Zylinder (3) mit einem darin entlang einer Zylinderachse (300) verschieblich gelagerten Kolben (4) ausgeführt ist, zumindest einem Zylinderkopf (5), der mit dem Kurbelgehäuse (2) lösbar verbunden ist und den Zylinder (3) auf einer Seite begrenzt, so dass zwischen Kolben (4) und Zylinderkopf (5) ein Brennraum (6) ausgebildet wird, und zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Kurbelgehäuse (2) angeordneten Zylinderkopfdichtung (1) mit einem ersten Zylinderkopfdichtungselement (101), das eine zum Zylinder (3) orientierte erste Innenwandung (7) mit erstem Mindestabstand (7a) von der Zylinderachse (300) aufweist, und einem zweiten Zylinderkopfdichtungselement (102), das eine zum Zylinder (3) orientierte zweite Innenwandung (8) mit zweitem Mindestabstand (8a) von der Zylinderachse (300) und eine zur ersten Innenwandung (7) orientierte zweite Außenwandung (9) mit drittem Mindestabstand (9a) von der Zylinderachse (300) aufweist, wobei der dritte Mindestabstand (9a) größer ist als der zweite (8a) und zumindest der zweite Mindestabstand (8a) kleiner ist als der erste (7a).

Description

Beschreibung

BRENNKRAFTMASCHINE MIT ZYLINDERKOPFDICHTUNG

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem zumindest ein Zylinder mit einem darin entlang einer Zylinderachse verschieblich gelagerten Kolben ausgeführt ist, zumindest einem Zylinderkopf, der mit dem Kurbelgehäuse lösbar verbunden ist und den Zylinder auf einer Seite begrenzt, so dass zwischen Kolben und Zylinderkopf ein Brennraum ausgebildet wird, und zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse angeordneten Zylinderkopfdichtung.

[0002] Brennkraftmaschinen werden üblicherweise in Ein- oder Mehrzylinderweise ausgeführt. Insbesondere bei Großmotoren kommen vielfach Einzylinder zur Anwendung und/oder es kann je Zylinder ein eigener Zylinderkopf vorgesehen sein, unabhängig davon, ob die Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern ausgeführt ist. Als Großmotoren werden vorliegend Brennkraftmaschinen mit einem Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm verstanden, wie sie z.B. für Schiffsdieselbrennkraftmaschinen zur Anwendung kommen. Der Kolben ist dabei üblicherweise in einer Zylinderlaufbuchse geführt, die im Kurbelgehäuse gelagert ist. Dazu weist die Zylinderlaufbuchse in einem dem Zylinderkopf zugewandten Bereich einen Laufbuchsenbund auf, der auf einer korrespondierenden Laufbuchsenbundauflage im Kurbelgehäuse aufsitzt. Bei solchen Großmotoren ergeben sich aufgrund der stark vergrößerten Abmessungen im Vergleich zu Brennkraftmaschinen für den Einsatz bei Nutz- oder Personenkraftfahrzeugen besondere Probleme und Herausforderungen.

[0003] Dazu kommt, dass wie Verbrennungsmotoren im Allgemeinen auch Großmotoren auf immer höhere Zylinderdrücke von bis zu 200 bis 300 bar oder mehr ausgelegt werden, was besondere Berücksichtigung bei der Konstruktion, speziell auch bei den Zylinderkopfdichtungen, erfordert.

[0004] So müssen die Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben erhöht werden, um die Dichtheit des Brennraums bei den beschriebenen Zylinderdrücken zu gewährleisten. Bei ungünstiger Lage der Zylinderkopfdichtung kann das zu Verformungen der Zylinderlauffläche führen, was speziell bei Verformungen höherer Ordnung zu erhöhtem Schmierölverbrauch und Verschleiß bis hin zu Zerstörung von Buchse und/oder Kolben führen kann. Insbesondere zur Aufnahme der Kräfte der Zylinderkopfschrauben müssen die Laufbuchsenbundauflage am Kurbelgehäuse und die Dichtfläche der Zylinderkopfdichtung möglichst in Richtung der Zylinderachse übereinander liegen, um während des Betriebs eine Biegebeanspruchung und somit die entstehenden Spannungen im Laufbuchsenbund gering zu halten. Dadurch ergibt sich aber ein radialer Mindestabstand zum Zylinder bzw. zur Bohrung im Kurbelgehäuse. Wird dies missachtet, kommt es zu Rissen und Brüchen aufgrund der Druck- und/oder der Temperaturunterschiede und den zusätzlichen Biegespannungen im Laufbuchsenbund.

[0005] Dieser Mindestabstand steht aber im Widerspruch zu einer weiteren Anforderung an die Konstruktion eines Großmotors: Der Wirkdurchmesser der Zylinderkopfdichtung ist möglichst gering zu halten, um den Schadraum des Zylinders zu begrenzen. Unter dem Schadraum wird hier das Volumen zwischen Zylinderkopf und Kolben im oberen Totpunkt verstanden, das sich auch in den Spalt zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf erstreckt, in dem die Zylinderkopfdichtung angeordnet ist. Ein zu große Schadraum verringert die Effizienz der Brennkraftmaschine, gleichzeitig erhöhen sich - speziell bei Gasmotoren - die HC-Emissionen, da Luft-Brennstoffgemisch während des Verdichtungstaktes aus dem Brenn- in den Schadraum gedrückt wird und unverbrannt während des Expansionstaktes wieder entweicht. Zusätzlich ergibt sich durch eine Zunahme des Schadraumvolumens eine höhere Belastung durch den Zünddruck im Brennraum.

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die hohen Zünddrücken widerstehen kann und bei der das Schadraumvolumen der einzelnen Zylinder möglichst reduziert wird.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß

dadurch gelöst, dass ein erstes Zylinderkopfdichtungselement vorgesehen ist, das eine zum Zylinder orientierte erste Innenwandung mit einem ersten Mindestabstand von der Zylinderachse aufweist, und ein zweites Zylinderkopfdichtungselement vorgesehen ist, das eine zum Zylinder orientierte zweite Innenwandung mit einem zweiten Mindestabstand von der Zylinderachse und eine zur ersten Innenwandung orientierte zweite Außenwandung mit einem dritten Mindestabstand von der Zylinderachse aufweist, wobei der dritte Mindestabstand größer ist als der zweite Mindestabstand und zumindest der zweite Mindestabstand kleiner ist als der erste Mindestabstand.

[0008] Dadurch kann sichergestellt werden, dass einerseits die erhöhten Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben abgefangen werden und andererseits eine Reduzierung des Schadvolumens und damit Verbesserung des Emissionsverhaltens erreicht werden kann.

[0009] Vorzugsweise wird der Zylinder durch eine in einer Bohrung im Kurbelgehäuse angeordnete Zylinderlaufbuchse gebildet, in der der Kolben verschiebbar geführt ist. Durch Verwendung der Zylinderlaufbuchse können Kolben und Zylinder insbesondere hinsichtlich ihres Materials besser aufeinander abgestimmt werden, ein Auswechseln der Buchse bei Verschleiß oder anderer Beschädigung ist einfach möglich.

[0010] Um ein reproduzierbares Lagern der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse und eine direkte Krafteinleitung zu ermöglichen weist die Zylinderlaufbuchse an ihrem zum Zylinderkopf orientierten Ende einen Laufbuchsenbund mit einem Bundaußenradius auf, der größer ist als ein Buchsenaußenradius des in axialer Richtung entlang der Zylinderachse an den Laufbuchsenbund anschließenden Teils der Zylinderlaufbuchse. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Bohrung im Kurbelgehäuse einen zum Zylinderkopf orientierten ersten Bohrungsabschnitt mit einem im Wesentlichen dem Bundaußenradius entsprechenden ersten Bohrungsradius und einen daran in Richtung entlang der Zylinderachse anschließenden zweiten Bohrungsabschnitt mit einem zweiten Bohrungsradius aufweist, wobei der erste Bohrungsradius größer ist als der zweite Bohrungsradius und der Laufbuchsenbund auf einer Laufbuchsenbundauflage in Form eines durch den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Bohrungsabschnitt gebildeten Absatzes angeordnet ist. Durch den Laufbuchsenbund und die Lagerung auf der Laufbuchsenauflage ist ein reproduzierbares Positionieren der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse sichergestellt, des Weiteren können die Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben direkt in das Kurbelgehäuse eingeleitet werden.

[0011] In einer Variante der Erfindung ist der erste Mindestabstand kleiner als der Bundaußenradius und größer als der Buchsenaußenradius der Zylinderlaufbuchse und/oder der zweite und der dritte Mindestabstand sind kleiner als der Buchsenaußenradius. Dadurch kann über das erste Zylinderkopfdichtungselement eine Krafteinleitung direkt in das Kurbelgehäuse sichergestellt werden. Biegekräfte auf den Laufbuchsenbund können verhindert werden, Beschädigungen auch bei langer Verwendung bzw. hoher Belastung werden vermieden. Mit anderen Worten wird das erste Zylinderkopfdichtungselement weg vom Brennraum in den Bereich der bzw. über die Laufbuchsenbundauflage verschoben, um so einen optimalen Kraftfluss vom Zylinderkopf über die Zylinderlaufbuchse in das Kurbelgehäuse zu gewährleisten.

[0012] Vorzugsweise beträgt der zweite Mindestabstand maximal das 1,05- bis 1,15-fache eines Zylinderradius. Dadurch wird das zweite Zylinderkopfdichtungselement möglichst nahe am Zylinder angeordnet, gleichzeitig wird verhindert, dass es direkt mit dem Brennraum in Verbindung ist - im Falle eines Bruchs oder einer anderen Fehlfunktion des zweiten Zylinderkopfdichtungselements wird vermieden, dass Bruchstücke in den Brennraum und an die Kontaktfläche zwischen Kolben und Laufbuchse gelangen.

[0013] In einer weiteren Variante wird der Zylinder zumindest in einem an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich von einem Feuerstegring begrenzt, wobei der Außenradius des Feuerstegrings kleiner ist als der zweite Mindestabstand. Durch den Feuerstegring wird verhindert, dass sich am Feuersteg, also am Bereich zwischen Kolbendach und der Kolbenringpartie, ein harter Olkohlebelag bildet, der durch abrasiven Verschleiß zu einer Beschädigung der Zylinderlaufbuchse bzw. Beeinträchtigung der Verbrennung führen kann, insbesondere dann, wenn Teile des

Belags abbrechen. Des Weiteren wird der Ölverbrauch stark erhöht. Der Feuerstegring sitzt am oberen, dem Zylinderkopf zugewandten Ende der Zylinderlaufbuchse in einer umlaufenden Aussparung mit rechteckigem Querschnitt. Bei der Montage wird der Feuerstegring lose eingesetzt und später durch den Zylinderkopf in Position gehalten. Die Bildung des Olkohlebelags wird verhindert, indem der Feuerstegring einen im Vergleich zum Durchmesser des Zylinders kleineren Innendurchmesser aufweist. Durchläuft der Kolben den oberen Totpunkt, schabt der Feuerstegring die unerwünschten ÖOlkohleablagerungen vom Kolben, bzw. er verhindert, dass sich Ablagerungen am Feuerstegring bilden können. Aufgrund der Bemaßung bildet der Feuerstegring des Weiteren eine Abgrenzung des zweiten Zylinderkopfdichtungselements vom Brennraum.

[0014] Um den Einbau bzw. die Positionierung - insbesondere relativ zueinander - zu erleichtern ist vorzugsweise das erste Zylinderkopfdichtungselement zumindest teilweise in einer auf der zum Zylinderkopf orientierten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse ausgeführten ersten Ausnehmung angeordnet und/oder das zweite Zylinderkopfdichtungselement zumindest teilweise in einer auf der zum Zylinderkopf orientierten Stirmseite der Zylinderlaufbuchse ausgeführten zweiten Ausnehmung angeordnet.

[0015] Dabei erstreckt sich günstigerweise die erste Ausnehmung tiefer in die Zylinderlaufbuchse hinein als die zweite Ausnehmung. Damit wird den unterschiedlichen Krafteinwirkungen auf die einzelnen Zylinderkopfdichtungselemente Rechnung getragen - während das erste Zylinderkopfdichtungselement die höheren Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben aufnehmen und an die Zylinderlaufbuchse weitergeben muss, richtet sich das zweite Zylinderkopfdichtungselement auf das Abdichten des Brennraums, Abfangen von Druckspitzen und Pulsationen und Reduzieren des Schadraums, so dass es mit einer geringeren Dichtwirkung von 20 bis 50 Prozent ausgestattet ist. Unter Berücksichtigung der einwirkenden Kräfte bzw. der jeweils zugedachten Aufgaben beträgt die Dicke des zweiten Zylinderkopfdichtungselements in einer Richtung parallel zur Zylinderachse zwischen 75 Prozent und 95 Prozent der Dicke des ersten Zylinderkopfdichtungselements.

[0016] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Darin zeigen

[0017] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

[0018] Fig. 2 ein Detail einer Schnittansicht entlang einer Zylinderachse einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

[0019] Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Kurbelgehäuse einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine entlang einer Schnittlinie I-II in Fig. 1, und

[0020] Fig. 4 ein Detail einer Schnittansicht der Zylinderlaufbuchse entlang einer Zylinderachse.

[0021] Gleiche Elemente sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0022] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 100 mit einem Kurbelgehäuse 2, in dem ein Zylinder 3 ausgeführt ist mit einem darin entlang einer Zylinderachse 300 verschieblich gelagerten Kolben 4. Der Zylinder 3 wird dabei durch eine Zylinderlaufbuchse 11 gebildet, die in einer korrespondieren Bohrung 10 im Kurbelgehäuse 2 aufgenommen ist. Der Zylinderdurchmesser 3a (Fig. 3) entspricht also hier dem Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 11. Der von Zylinderlaufbuchse 11 und Kolben 4 gebildete Bereich wird an der dem Kolben 4 gegenüberliegenden Seite von einem Zylinderkopf 5 begrenzt, der mittels Zylinderkopfschrauben (nicht dargestellt) lösbar mit dem Kurbelgehäuse verbunden ist. Zylinderlaufbuchse 11, Kolben 4 und Zylinderkopf 5 bilden den Brennraum 6 aus. Während vorliegend ein Ausführungsbeispiel einer Einzylinderbrennkraftmaschine beschrieben ist kann die Erfindung auch auf Mehrzylinderbrennkraftmaschinen mit zwei, drei, vier oder mehr Zylindern angewandt werden.

[0023] Fig. 2 zeigt in einem Detail den Übergang zwischen Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf 5

und die Anordnung der Zylinderlaufbuchse 11. Gemäß Fig. 4 weist die Zylinderlaufbuchse 11 auf ihrer bei bestimmungsgemäßer Verwendung dem Zylinderkopf 5 zugewandten Seite einen Laufbuchsenbund 12 auf, der mit einem Bundaußenradius 12a und einer höheren Materialstärke als der Rest der Zylinderlaufbuchse 11 ausgeführt ist. Der in axialer Richtung entlang der Zylinderachse 300 anschließende Teil der Zylinderlaufbuchse 11 ist mit einem Buchsenaußenradius 11a durchgeführt, der kleiner ist als der Bundaußenradius 12a.

[0024] Wie in Fig. 2 dargestellt ist weist die Bohrung 10 zur Lagerung der Zylinderlaufbuchse 11 im Kurbelgehäuse 2 einen ersten Bohrungsabschnitt 10‘ nahe dem Zylinderkopf 5 und einen in einer Richtung entlang der Zylinderachse 300 anschließenden zweiten Bohrungsabschnitt 10“ auf. Die beiden Bohrungsabschnitte 10‘, 10“ weisen jeweils einen unterschiedlichen Bohrungsradius 10a, 10b auf: Der erste Bohrungsradius 10a des ersten Bohrungsabschnitts 10‘ ist größer als der zweite Bohrungsradius 10b des zweiten Bohrungsabschnitts 10“. Der Absatz am Übergang zwischen dem ersten 10‘ und dem zweiten Bohrungsabschnitt 10“ bildet eine Laufbuchsenbundauflage 13, auf der der Laufbuchsenbund 12 der Laufbuchse 11 im montierten Zustand aufliegt.

[0025] Im Bereich der dem Zylinderkopf 5 zugewandten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 ist eine Zylinderkopfdichtung 1 angeordnet, um den Brennraum 6 abzudichten und die Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben in das Kurbelgehäuse 2 einzuleiten.

[0026] Erfindungsgemäß sind ein erstes Zylinderkopfdichtungselement 101 und ein zweites Zylinderkopfdichtungselement 102 mit unterschiedlichen Abständen zum Zylinder 3 bzw. zur Zylinderachse 300 vorgesehen.

[0027] Wie unter anderem Fig. 3 zeigt ist das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 im dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ringförmig ausgeführt. In der dem Zylinderkopf 5 zugewandten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 ist eine erste Ausnehmung 15 ausgeführt, in der das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 zumindest teilweise aufgenommen ist. Die erste Ausnehmung 15 und das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 sind in einem Bereich der Zylinderlaufbuchse 11 oberhalb der Laufbuchsenbundauflage 13 angeordnet. Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der ersten Ausnehmung 15 ist als umlaufende Freistellung in der Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 im Bereich der Außenseite des Laufbuchsenbunds 12 ausgeführt. Die Freistellung ist an ihrer radialen Innenseite durch eine Wandung begrenzt, an der Außenseite ist keine Begrenzung vorgesehen.

[0028] Das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 weist eine zum Zylinder 3 orientierte erste Innenwandung 7 auf, die einen ersten Mindestabstand 7a von der Zylinderachse 300 einnimmt. Der erste Mindestabstand 7a kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen als Radius verstanden werden, da das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 ringförmig ausgeführt ist. Bei einer andersartigen Ausführung - z.B. mit großflächiger Erstreckung und einer Ausnehmung im Bereich des Zylinders 3 mit vieleckiger Form - ist für den ersten Mindestabstand 7a der geringste Abstand der ersten Innenwandung 7 zur Zylinderachse 300 anzunehmen. Eine erste Außenwandung 17 befindet sich auf der von der Zylinderachse 300 abgewandten Außenseite des ersten Zylinderkopfdichtungselements 101.

[0029] Das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls ringförmig ausgeführt und zumindest teilweise in einer zweiten Ausnehmung 16 in der dem Zylinderkopf 5 zugewandten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 aufgenommen. Das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 weist eine zum Zylinder 3 orientierte zweite Innenwandung 8 und eine zur ersten Innenwandung 7 des ersten Zylinderkopfdichtungselements 101 gewandte zweite Außenwandung 9 auf. Die zweite Innenwandung 8 nimmt zur Zylinderachse 300 einen zweiten Mindestabstand 8a ein, während die zweite Außenwandung 9 mit einen dritten Mindestabstand 9a zur Zylinderachse 300 ausgeführt ist.

[0030] Das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 dient hauptsächlich zur Aufnahme der erhöhten Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben, die wegen der hohen Zünddrücke notwendig sind. Die Kräfte werden vom Zylinderkopf 5 über das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 in

die Zylinderlaufbuchse 11 eingeleitet und über den Laufbuchsenbund 12 und die Laufbuchsenbundauflage 13 in das Kurbelgehäuse 2. Damit ist sichergestellt, dass es zu keiner übermäßigen Belastung, insbesondere Biegebelastung, der Zylinderlaufbuchse 11 kommt und Beschädigung oder Verformung werden verhindert. Dazu ist der erste Mindestabstand 7a kleiner gewählt als der Bundaußenradius 12a und größer als der Buchsenaußenradius 11a der Zylinderlaufbuchse 11.

[0031] Wäre nur das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 vorgesehen würde sich durch dessen Anordnung im radial außenliegenden Bereich der Zylinderlaufbuchse 11 bzw. des Laufbuchsenbundes 12 ein sehr großes Schadvolumen ergeben. Unter Schadvolumen wird hier insbesondere ein mit dem Brennraum 6 verbundener Spalt im Bereich zwischen Zylinderkopf 5 und Zylinderlaufbuchse 11 bzw. deren dem Zylinderkopf 5 zugewandten Stirnseite verstanden. Im Schadvolumen kann sich unverbranntes Brennstoff-Luftgemisch sammeln, das während des Expansionstaktes entweicht und die Emissionen der Brennkraftmaschine 100 negativ beeinflusst.

[0032] Das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 adressiert dieses Problem, indem der zweite Mindestabstand 8a und der dritte Mindestabstand 9a kleiner gewählt sind als der erste Mindestabstand 7a, insbesondere kleiner als der Buchsenaußenradius 11a. Das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 wird damit möglichst nahe am Zylinder 3 angeordnet, wodurch sich das in Fig. 2 eingezeichnete Schadvolumen 60 drastisch reduziert. Um einen Abgleich zwischen größtmöglicher Verringerung des Schadvolumens 60 und ausreichendem Abstand zum Zylinder 3 zu erreichen, damit im Falle einer Beschädigung des zweiten Zylinderkopfdichtungselements 102 keine Bruchstücke in den Zylinder 3 gelangen, beträgt der zweite Mindestabstand 8a maximal das 1,05- bis 1,15-fache des Zylinderradius 3a.

[0033] Das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 übernimmt damit die Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben während das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 die im Vergleich dazu geringere Belastung der Brennkräfte bzw. etwaiger Druckkräfte oder Pulsationen aufnimmt.

[0034] Die Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 sind daher einerseits mit unterschiedlichen Dicken D1, D2 ausgeführt, wobei unter Dicke hier die Erstreckung in einer Richtung entlang bzw. parallel zur Zylinderachse 300 verstanden wird. Die Dicke D2 des zweiten Zylinderkopfdichtungselements 102 beträgt dabei 75 Prozent der Dicke D1 des ersten Zylinderkopfdichtungselements 101, wobei für die Dicke D2 je nach Anwendungsfall ein Wert zwischen 75 Prozent und 95 Prozent der Dicke D1 des ersten Zylinderkopfdichtungselements 101 gewählt werden kann.

[0035] Um andererseits sicherzustellen, dass die Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 trotzdem gleich hoch über die dem Zylinderkopf 5 zugewandte Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 hervorragen, so dass der Zylinderkopf 5 plan aufliegen kann und eine bestmögliche Dichtwirkung erzielt wird, erstreckt sich die erste Ausnehmung 15 tiefer in die Zylinderlaufbuchse 11 hinein als die zweite Ausnehmung 16. Der Unterschied in der Tiefe entspricht dabei dem Unterschied in den Dicken D1, D2 der Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102. Die Tiefe der Ausnehmungen 15, 16 und die Dicken D1, D2 der Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 sind dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass die Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 nur 3 Prozent bis 5 Prozent ihrer Dicke D1, D5 über die Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 hervorragen. Dadurch, dass der überwiegende Teil der Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 in den Ausnehmungen 15, 16 angeordnet ist kann verhindert werden, dass im Falle einer Beschädigung wie Brechen oder Abscheren Teile der Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 in den Brennraum gelangen und die Verbrennung negativ beeinflussen oder Kolben 4, Innenseite der Zylinderlaufbuchse 11 oder die in Fig. 2 schematisch dargestellten Kolbenringe 19 beschädigen können.

[0036] Als Material für die Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 können verschiedene Werkstoffe verwendet werden, z.B. Stahl in der Ausführung als C10-Stahl. Während für beide Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 das gleiche Material verwendet werden kann für eine besonders gute Funktion für das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 neben einem Weicheisenring auch X5CrNiMo17-12, ein relativ weicher Niro-Stahl zur Anwendung kommen.

[0037] Fig. 4 zeigt strichliert eine Variante der Zylinderlaufbuchse 11, bei der der Zylinder 3 zu-

mindest in einem an den Zylinderkopf 5 angrenzenden Bereich von einem Feuerstegring 14 begrenzt wird, der in einer entsprechenden Stegaufnahme 18 der Zylinderlaufbuchse 11 aufgenommen ist. Der Feuerstegring 14 ist als Hohlzylinder mit einem im Vergleich zum Zylinderdurchmesser 3a kleineren Innendurchmesser ausgeführt. Durchläuft der Kolben 4 den oberen Totpunkt, schabt der Feuerstegring 14 so unerwünschte Olkohleablagerungen vom Kolben 4, bzw. er verhindert, dass sich Ablagerungen im Bereich des Feuerstegs bilden können. Der Außenradius 14a des Feuerstegrings 14 ist kleiner als der zweite Mindestabstand 8a. Der Feuerstegring 14 begrenzt im dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Ausnehmung 16 an ihrer Innenseite und trennt damit das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 vom Zylinder 3.

[0038] Bei einer konkreten Anwendung der Erfindung in einer als Großmotor ausgeführten Brennkraftmaschine 100 kann beispielsweise der zweite Bohrungsradius 10b einen Wert von 102,5 mm aufweisen und die Zylinderlaufbuchse 11 mit einer Wandstärke von 15,0 mm ausgeführt sein, so dass sich ein Zylinderradius 3a von 87,5 mm ergibt.

[0039] Der zweite Mindestabstand 8a beträgt 91,6 mm und damit das 1,05-fache des Zylinderradius 3a, so dass sich ein guter Abgleich zwischen Reduzierung des Schadvolumens 60 und Abstand zum Zylinder 3 ergibt. Das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 weist in radialer Richtung eine Breite von 4,8 mm auf, der dritte Mindestabstand 9a beträgt also 96,4 mm bzw. das 1,10-fache des Zylinderradius 3a. Die Dicke D2 des zweiten Zylinderkopfdichtungselements 102 beträgt 3,0 mm, wobei das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 0,12 mm und damit 4 Prozent seiner Dicke D2 über die dem Zylinderkopf 5 zugewandte Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 hervorragt.

[0040] Der erste Mindestabstand 7a der ersten Innenwandung 7 beträgt 107,0 mm und damit in etwa das 1,20-fache des Zylinderradius 3a. Die Breite des ersten Zylinderkopfdichtungselements 101 in radialer Richtung beträgt 8,3 mm, seine Dicke D1 4,0 mm. Ebenso wie das zweite Zylinderkopfdichtungselement 102 ragt das erste Zylinderkopfdichtungselement 101 um 0,12 mm und damit 3 Prozent seiner Dicke D1 über die Stirnseite der Zylinderlaufbuchse 11 empor. Die Werte für die Dicken D1, D2 der Zylinderkopfdichtungselemente 101, 102 entsprechen natürlich dem belasteten Zustand und haben im unbelasteten Zustand, wenn also der Zylinderkopf 5 nicht mit dem Kurbelgehäuse 2 verschraubt ist, entsprechend andere Werte.

[0041] Die erfindungsgemäße Lösung sieht also ein erstes Zylinderkopfdichtungselement 101 und ein näher am Zylinder 3 angeordnetes zweites Zylinderkopfdichtungselements 102 vor, die einerseits die durch die hohen Zünddrücke bedingten hohen Vorspannkräfte der Zylinderkopfschrauben aufnehmen und andererseits das Schadvolumen 60 des Brennraums 6 reduzieren und damit die Emissionen der Brennkraftmaschine 100 positiv beeinflussen.

Claims

Ansprüche

1. Brennkraftmaschine (100) mit

- einem Kurbelgehäuse (2), in dem zumindest ein Zylinder (3) mit einem darin entlang einer Zylinderachse (300) verschieblich gelagerten Kolben (4) ausgeführt ist,

- zumindest einem Zylinderkopf (5), der mit dem Kurbelgehäuse (2) lösbar verbunden ist und den Zylinder (3) auf einer Seite begrenzt, so dass zwischen Kolben (4) und Zylinderkopf (5) ein Brennraum (6) ausgebildet wird, und

- zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Kurbelgehäuse (2) angeordneten Zylinderkopfdichtung (1),

dadurch gekennzeichnet, dass

ein erstes Zylinderkopfdichtungselement (101) vorgesehen ist, das eine zum Zylinder (3)

orientierte erste Innenwandung (7) mit einem ersten Mindestabstand (7a) von der Zylinder-

achse (300) aufweist, und

ein zweites Zylinderkopfdichtungselement (102) vorgesehen ist, das eine zum Zylinder (3)

orientierte zweite Innenwandung (8) mit einem zweiten Mindestabstand (8a) von der Zylin-

derachse (300) und eine zur ersten Innenwandung (7) orientierte zweite Außenwandung (9)

mit einem dritten Mindestabstand (9a) von der Zylinderachse (300) aufweist,

wobei der dritte Mindestabstand (9a) größer ist als der zweite Mindestabstand (8a) und zu-

mindest der zweite Mindestabstand (8a) kleiner ist als der erste Mindestabstand (7a).

2. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) durch eine in einer Bohrung (10) im Kurbelgehäuse (2) angeordnete Zylinderlaufbuchse (11) gebildet wird, in der der Kolben (4) verschiebbar geführt ist.

3. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlaufbuchse (11) an ihrem zum Zylinderkopf (5) orientierten Ende einen Laufbuchsenbund (12) mit einem Bundaußenradius (12a) aufweist, der größer ist als ein Buchsenaußenradius (11a) des in axialer Richtung entlang der Zylinderachse (300) an den Laufbuchsenbund (12) anschließenden Teils der Zylinderlaufbuchse (11).

4. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (10) im Kurbelgehäuse (2) einen zum Zylinderkopf (5) orientierten ersten Bohrungsabschnitt (10°) mit einem im Wesentlichen dem Bundaußenradius (12a) entsprechenden ersten Bohrungsradius (10a) und einen daran in Richtung entlang der Zylinderachse (300) anschließenden zweiten Bohrungsabschnitt (10‘) mit einem zweiten Bohrungsradius (10b) aufweist, wObei der erste Bohrungsradius (10a) größer ist als der zweite Bohrungsradius (10b) und der Laufbuchsenbund (12) auf einer Laufbuchsenbundauflage (13) in Form eines durch den Übergang zwischen dem ersten (10°) und dem zweiten Bohrungsabschnitt (10‘) gebildeten Absatzes angeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mindestabstand (7a) kleiner ist als der Bundaußenradius (12a) und größer ist als der Buchsenaußenradius (11a) der Zylinderlaufbuchse (11) und/oder dass der zweite (8a) und der dritte Mindestabstand (9a) kleiner sind als der Buchsenaußenradius (113).

6. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mindestabstand (8a) maximal das 1,05- bis 1,15-fache eines Zylinderradius (3a) beträgt.

7. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) zumindest in einem an den Zylinderkopf (5) angrenzenden Bereich von einem Feuerstegring (14) begrenzt wird, wobei der Außenradius (14a) des Feuerstegrings (14) kleiner ist als der zweite Mindestabstand (83).

8. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zylinderkopfdichtungselement (101) zumindest teilweise in einer auf der zum Zylinderkopf (5) orientierten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse (11) ausgeführten ersten Ausnehmung (15) angeordnet ist und/oder dass das zweite Zylinderkopfdichtungselement (102)

zumindest teilweise in einer auf der zum Zylinderkopf (5) orientierten Stirnseite der Zylinderlaufbuchse (11) ausgeführten zweiten Ausnehmung (16) angeordnet ist.

9. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Ausnehmung (15) tiefer in die Zylinderlaufbuchse (11) hinein erstreckt als die zweite Ausnehmung (16).

10. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D2) des zweiten Zylinderkopfdichtungselements (102) in einer Richtung parallel zur Zylinderachse (300) zwischen 75 Prozent und 95 Prozent der Dicke (D1) des ersten Zylinderkopfdichtungselements (101) beträgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen