AT4298U1

AT4298U1 - Brennkraftmaschine mit innerer verbrennung

Info

Publication number: AT4298U1
Application number: AT0032200U
Authority: AT
Inventors: Walter Dipl Ing Dr Ospelt
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-05-25
Also published as: DE10119628A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Motorblock (6) und mindestens einem Zylinderkopf (7), der gegenüber dem Motorblock (6) durch eine Zylinderkopfdichtung abgedichtet ist, die einen im Wesentlichen ebenen Hauptkörper (1) aus einem metallischen Werkstoff aufweist, in dem mindestens eine Öffnung (2) für einen Zylinderraum (9) der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung (2) ein Dichtelement (4) angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, in eingebautem Zustand gegenüber dem ursprünglichen Zustand verformt zu sein. Eine geringe Vorspannkraft kann dadurch realisiert werden, dass das Dichtelement (4) als ringförmiger Metallkörper ausgebildet ist, der mit einem vorbestimmten Spiel (S) innerhalb der Öffnung des Hauptkörpers (1) gehalten ist und der mindestens einen umlaufenden Vorsprung (10, 11) aufweist, der dazu ausgebildet ist, in eingebautem Zustand plastisch verformt zu sein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbren- nung mit einem Motorblock und mindestens einem Zylinderkopf, der gegenüber dem Motorblock durch eine Zylinderkopfdichtung abgedichtet ist, die einen im Wesentlichen ebenen Hauptkörper aus einem metallischen Werkstoff aufweist, in dem mindestens eine Öffnung für einen Zylinderraum der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung ein Dichtelement angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, in eingebautem Zustand gegenüber dem ursprünglichen Zustand verformt zu sein.

Zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bestehen im Allgemeinen mehrere Verbindungskanäle. In den Verbindungskanä- len wird beispielsweise Kühlflüssigkeit oder Öl geführt, oder es werden darin die Zylinderkopfschrauben aufgenommen. Neben der Abdichtung dieser Verbin- dungskanäle ist es die Hautaufgabe der Zylinderkopfdichtung, den Zylinderraum nach aussen abzudichten. Mit zunehmend steigendem Maximaldruck der Verbren- nungsgase im Zylinderraum wird die Aufgabe der Abdichtung kritisch. Eine ver- besserte Abdichtung kann durch eine Steigerung der Vorspannkraft des Zylinder- kopfes gegenüber dem Motorblock erreicht werden.

Die Vorspannkraft ist jedoch durch die höchstzulässige Deformation der Bauteile begrenzt und sollte so gering als möglich sein, um durch Verringerung von Wandstärken und dergleichen eine Gewichtseinsparung bei Motorblock und Zylinderkopf zu ermöglichen. Eine wei- tere Randbedingung ist, dass die Zylinderkopfdichtung die angrenzenden Bauteile nicht beschädigen darf.

Es sind derzeit mehrlagige Stahldichtungen bekannt, die im Bereich der Öffnun- gen für die Zylinderräume in Umfangsrichtung umlaufende Sicken aufweist. In zusammengebautem Zustand werden diese Sicken elastisch verformt und je nach Toleranzlage bis auf Block verpresst. In manchen Fällen werden in dem Bereich der Sicken Einlagen in die Dichtung vorgesehen, um die Dichtwirkung zu unterstützen. Diese Einlagen bestehen teilweise aus gesinterten Materialien.

Um eine befriedigende Funktion solcher Zylinderkopfdichtungen zu gewährleis- ten, sind relativ hohe Vorspannkräfte erforderlich.

Weiters ist es bekannt, einlagige Stahldichtungen mir Elastomereinsätzen zu verwenden. Die Elastomereinsätze sind in der Lage, Öffnungen für Kühlflüssigkeit

oder Schmieröl in befriedigender Weise abzudichten. Die Abdichtung eines Zylin- derraumes ist auf diese Weise im Allgemeinen nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass auch bei höchsten Drücken des Verbrennungsgases eine ausreichende Dichtwirkung erzielt wird, wobei die erfor- derlichen Vorspannkräfte möglichst gering sein sollen.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Dichtelement als ringför- miger Metallkörper ausgebildet ist, der mit einem vorbestimmten Spiel innerhalb der Öffnung des Hauptkörpers gehalten ist und der mindestens einen umlaufen- den Vorsprung aufweist, der dazu ausgebildet ist, in eingebautem Zustand plas- tisch verformt zu sein. Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass die Dichtwirkung durch plastische Verformung des Dichtelementes erfolgt, wobei die volle zur Verfügung stehende Höhe zwischen Motorblock und Zylinderkopf aus- genützt wird. Das Spiel zwischen dem Dichtelement und dem Hauptkörper der Zylinderkopfdichtung erfüllt dabei zwei wesentliche Aufgaben.

Einerseits ermög- licht das Spiel eine geringfügige Längsverschiebung des Zylinderkopfes im Bezug auf den Motorblock, beispielsweise zur Folge unterschiedlicher thermischer Deh- nungen oder dergleichen. Andererseits kann sich das Dichtelement bei hohen Verbrennungsdrücken an den Hauptkörper anlegen, wodurch eine unzulässige Verformung des Dichtelementes verhindert wird.

Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn das Spiel des Dichtele- mentes gegenüber dem Hauptkörper kleiner ist als die senkrecht zur Ebene der Zylinderkopfdichtung gemessene Höhe des Dichtelementes und vorzugsweise kleiner ist als die halbe Höhe des Dichtelementes. Auf diese Weise wird ein be- friedigender Kompromiss zwischen einer ausreichenden Beweglichkeit des Dicht- elementes und der notwendigen Verformungsbegrenzung erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, an dem die vorzugsweise als Rippen ausgebildeten Vorsprünge angeformt sind. Ins- besondere ist es dabei günstig, wenn die Vorsprünge beidseitig aus der Ebene der Zylinderkopfdichtung vorstehen. Auf diese Weise können besonders geringe Vorspannkräfte erzielt werden.

Eine weitere Absenkung der Vorspannkräfte kann dadurch erreicht werden, dass das Dichtelement eine höhere plastische Verformbarkeit aufweist, als der Haupt-

körper. Die höhere plastische Verformbarkeit kann durch entsprechende Mate- rialwahl oder die Art der Herstellung realisiert werden.

Eine besonders günstige konstruktive Ausführung im Hinblick auf die Handha- bung und Montage wird erreicht, wenn das Dichtelement im Hauptkörper durch Brücken gehalten ist. Im Fall von Mehrzylindermotoren ist dabei vorgesehen, dass die Brücken ausserhalb einer Verbindungsebene der Zylinderachsen ange- ordnet sind. Auf diese Weise wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die grösste Verschiebung des Zylinderkopfes im Bezug auf den Motorblock in Motor- längsrichtung zu erwarten ist. Die Verschiebungen werden insbesondere dadurch wenig behindert, dass die Brücken eine geringere Dickenabmessung haben als der Hauptkörper der Zylinderkopfdichtung.

In einer weiteren besonders begünstigten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtelement in ursprünglichem Zustand eine grösste Ab- messung in Dickenrichtung aufweist, die den Abstand zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf in zusammengebautem Zustand im Bereich des Dichtelementes übersteigt, und dass das Dichtelement im ursprünglichen Zustand eine kleinste Abmessung in Dickenrichtung aufweist, die kleiner ist als der Abstand zwischen Motorblock und Zylinderkopf in zusammengebautem Zustand im Bereich des Dichtelementes. Im Allgemeinen muss man davon ausgehen, dass die Lage des Zylinderkopfes im Bezug auf den Motorblock in eingebautem Zustand durch den Hauptkörper der Zylinderkopfdichtung definiert ist. Durch die obige Ausbildung wird erreicht, dass das Dichtelement jedenfalls umlaufend eine Verbindung zwi- schen Motorblock und Zylinderkopf herstellt.

Andererseits wird ausreichend Raum für eine plastische Verformung geschaffen, um die Anpresskräfte gering zu halten.

Die Brücken können durch einen Pressvorgang sowohl in den Hauptkörper oder auch in das Dichtelement geformt werden. Beim Zusammenfügen der Dichtung kann dann das Dichtelement in den Hauptkörper beispielsweise durch Laser- schweissen befestigt werden.

Wenn das Dichtelement aus dem Hauptkörper geformt wird, so kann das Spiel zwischen Dichtelement und Hauptkörper durch ein entsprechendes Schneide- verfahren wie zum Beispiel Laserschneiden leicht und prozesssicher erzeugt wer- den.

Es ist bekannt, dass die gewünschte Plastizität des Dichtelementes auch durch Aufsintern eines geeigneten Metallpulvers auf ein ringförmiges Trägerblech er- reicht werden kann. Ein derartiges Dichtelement wird dann mit dem Hauptkörper beispielsweise durch Laserschweissen verbunden, wobei vorteilhafterweise zur Erreichung der geforderten Beweglichkeit auch hier die Schweissung ausserhalb der Verbindungsebene der Zylinderachsen erfolgen soll.

Weiters kann in bevorzugter Weise vorgesehen sein, dass die Zylinderkopfdich- tung weitere Öffnungen aufweist, die durch Elastomerdichtungen abgedichtet sind.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Dichtelement ausschliesslich zwischen dem Zylinderkopf und einer Zylinderlaufbuchse angeordnet ist und wenn der Haupt- körper der Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorblock ausserhalb der Zylinderlaufbuchse angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine kon- struktiv besonders einfache Lösung erreicht.

In der Folge wird die Erfindung anhand den in den Figuren dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen schematisch die Fig. 1 eine Ansicht auf eine erfindungsgemässe Zylin- derkopfdichtung und die Fig. 2 und 3 teilweise Schnitte durch eine erfindungs- gemässe Brennkraftmaschine unmittelbar vor dem Zusammenbau bzw. in zu- sammengebautem Zustand.

Die Zylinderkopfdichtung von Fig. 1 besteht aus einem Hauptkörper 1, in dem Öffnungen 2 vorgesehen sind, die den Zylindern einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine entsprechen. Weitere Öffnungen 3 dienen zur Durchführung von Wasser- oder Öl-Kanälen oder zur Aufnahme von nicht dargestellten Zylin- derkopfschrauben. Im Bereich der Öffnungen 2 ist jeweils ein Dichtelement 4 vorgesehen, das kreisringförmig ausgebildet ist. Das Dichtelement 4 ist aus ei- nem metallischen Werkstoff, beispielsweise Weicheisen hergestellt, der eine niedrigere Fliessgrenze aufweist, wie der Werkstoff des Hauptkörpers 1, und es ist über Brücken 5 mit dem Hauptkörper 1 verbunden, die ein Spiel S zwischen dem Dichtelement 4 und dem Hauptkörper 1 definieren. Das Spiel S beträgt etwa 40% der Höhe h2 des Dichtelementes 4 im ursprünglichen Zustand.

Das Spiel S ist in Fig. 1 übertrieben dargestellt.

In der Fig. 2 ist in vergrössertem Massstab der Bereich um das Dichtelement 4 dargestellt, bevor der eigentliche Zusammenbau durchgeführt wird. Die Brenn-

kraftmaschine ist durch einen Motorblock 6 repräsentiert, auf dem ein Zylinder- kopf 7 aufgesetzt wird. Eine Zylinderlaufbuchse 8 stellt die Umfangsbegrenzung des Zylinderraums 9 mit der Zylinderachse 9a dar. Das Dichtelement 4 ist in der Fig. 2 noch in seinem ursprünglichen, unverformten Zustand. Das Dichtelement 4 weist in diesem Zustand an der Oberseite als Rippen ausgebildete Vorsprünge 10 und an der Unterseite Vorsprünge 11 auf, die in Umfangsrichtung umlaufend ausgebildet sind. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass in dem noch nicht zusam- mengebauten Zustand zwischen dem Zylinderkopf 7 und dem Hauptkörper 1 der Zylinderkopfdichtung ein Spalt der Höhe h1 besteht.

Die Verbindungsebene der Zylinderachsen ist mit 20 bezeichnet.

In der Fig. 3 ist ein Ausschnitt entsprechend der Fig. 2 in zusammengebautem Zustand dargestellt. Dabei liegt der Zylinderkopf 7 am Hauptkörper 1 der Zylin- derkopfdichtung an und das Dichtelement 4 ist im Bereich der Vorsprünge 10,11 plastisch verformt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass die grösste Höhe h2 des Dichtelementes 4 grösser ist als der Abstand h3 zwischen dem Zylinderkopf 7 und der Zylinder- laufbuchse 8 im zusammengebautem Zustand. In dem zusammengebautem Zu- stand sind jedoch zwischen den Vorsprüngen 10,11 noch Freiräume 12 vorhan- den, da die kleinste Abmessung h4 des Dichtelementes 4 in der Richtung quer zur Ebene des Dichtelementes kleiner ist als h3. Aus den Fig. 2 und 3 ist weiters er- sichtlich, dass das Dichtelement ausschliesslich im Bereich der Zylinderlaufbuchse 8 aufliegt, während der Hauptkörper 1 der Zylinderkopfdichtung direkt auf dem Motorblock 6 aufliegt.

Die Öffnungen 3 für Wasser- oder Öldurchlässe sind, wie in einem Beispiel in Fig. 1 angedeutet, durch eine Elastomerauflage 13 abgedichtet.

Die Vorteile von derartigen Zylinderkopfdichtungen sind auch für Motoren mit integraler Zylinderlauffläche, das heisst mit in den Motorblock eingearbeiteter Zy- linderlauffläche nutzbar.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, mit geringst möglichen Vorspann- kräften eine ausreichende Abdichtung im Bereich der Zylinder 9 zu erzielen.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung mit einem Motorblock (6) und mindestens einem Zylinderkopf (7), der gegenüber dem Motorblock (6) durch eine Zylinderkopfdichtung abgedichtet ist, die einen im Wesentlichen ebenen Hauptkörper (1) aus einem metallischen Werkstoff aufweist, in dem mindestens eine Öffnung (2) für einen Zylinderraum (9) der Brennkraftma- schine vorgesehen ist, wobei im Bereich der Öffnung (2) ein Dichtelement (4) angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, in eingebautem Zustand ge- genüber dem ursprünglichen Zustand verformt zu sein, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Dichtelement (4) als ringförmiger Metallkörper ausge- bildet ist, der mit einem vorbestimmten Spiel (S) innerhalb der Öffnung des Hauptkörpers (1) gehalten ist und der mindestens einen umlaufenden Vor- sprung (10, 11) aufweist, der dazu ausgebildet ist,

in eingebautem Zustand plastisch verformt zu sein.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (S) des Dichtelementes (4) gegenüber dem Hauptkörper (1) kleiner ist als die senkrecht zur Ebene der Zylinderkopfdichtung gemessene Höhe (h2) des Dichtelementes (4) und vorzugsweise kleiner ist als die halbe Höhe (h2) des Dichtelementes (4).
3. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) einen im Wesentlichen recht- eckigen Querschnitt aufweist, an dem die vorzugsweise als Rippen ausgebil- deten Vorsprünge (10,11) angeformt sind.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (10, 11) beidseitig aus der Ebene der Zylinderkopfdichtung vor- stehen.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Dichtelement (4) eine höhere plastische Verformbarkeit aufweist als der Hauptkörper (1).
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Dichtelement (4) im Hauptkörper (1) durch Brücken (5) gehalten ist. <Desc/Clms Page number 7>
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 mit einem Zylinderkopf (7) für meh- rere Zylinder, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken (5) ausserhalb einer Verbindungsebene (20) der Zylinderachsen (9a) angeordnet sind.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken (5) eine geringere Dickenabmessung haben als der Hauptkörper (1) der Zylinderkopfdichtung.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Dichtelement (4) in ursprünglichem Zustand eine grösste Abmessung in Dickenrichtung aufweist, die den Abstand zwischen Zylinder- block (6) und Zylinderkopf (7) in zusammengebautem Zustand im Bereich des Dichtelementes (4) übersteigt, und dass das Dichtelement (4) im ur- sprünglichen Zustand eine kleinste Abmessung in Dickenrichtung aufweist, die kleiner ist als der Abstand zwischen Motorblock (6) und Zylinderkopf (7) in zusammengebautem Zustand im Bereich des Dichtelementes (4).
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Zylinderkopfdichtung weitere Öffnungen (3) aufweist, die durch Elastomerdichtungen (13) abgedichtet sind.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Dichtelement (4) ausschliesslich zwischen dem Zylinder- kopf (7) und einer Zylinderlaufbuchse (8) angeordnet ist und dass der Hauptkörper (1) der Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf (7) und dem Motorblock (6) ausserhalb der Zylinderlaufbuchse (8) angeordnet ist.