AT524214B1 - Brennkraftmaschine mit Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (100) mit einem Kurbelgehäuse (101), in dem zumindest ein Zylinder (2) mit einem darin entlang einer Zylinderachse (2a) verschieblich gelagerten Kolben (3) ausgeführt ist, zumindest einem Zylinderkopf (102), der mit dem Kurbelgehäuse (101) lösbar verbunden ist und den Zylinder (2) auf einer Seite begrenzt, so dass zwischen Kolben (3) und Zylinderkopf (102) ein Brennraum (7) ausgebildet wird, mit zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf (102) und dem Kurbelgehäuse (101) angeordneten Zylinderkopfdichtung (11), und zumindest einem Feuerstegring (1, 1‘), der den Zylinder (2) zumindest in einem an den Zylinderkopf (102) angrenzenden Bereich in radialer Richtung begrenzt. Erfindungsgemäß weist der Feuerstegring (1, 1‘) an seiner im montierten Zustand dem Zylinderkopf (102) zugewandten Oberseite (1a) eine Ausnehmung (12, 12‘) auf, in der ein Dichtelement (13, 13‘) zumindest teilweise angeordnet ist.

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, zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf und dem Kurbelgehäuse angeordneten Zylinderkopfdichtung und zumindest einem Feuerstegring, der den Zylinder zumindest in einem in einer Richtung entlang der Zylinderachse an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich in radialer Richtung begrenzt.

[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. Der Kolben ist dabei üblicherweise in einer Zylinderlaufbuchse geführt, die im Kurbelgehäuse gelagert und nach oben durch den Zylinderkopf begrenzt ist. Dazu weist die Zylinderlaufbuchse in einem dem Zylinderkopf zugewandten Bereich einen Laufbuchsenbund auf, der auf einer korrespondierenden Laufbuchsenbundauflage im Kurbelgehäuse aufsitzt. Kolben, Zylinderlaufbuchse und Zylinderkopf bilden den Brennraum aus, der in Richtung des Kurbelraums durch am Kolben angebrachte Kolbenringe abgedichtet wird. Die Kolbenringe sind dabei zwischen einem Feuersteg und einem Kolbenhemd des Kolbens angeordnet. Die Zylinderlaufbuchse weist im an den Zylinderkopf angrenzenden Bereich ihrer inneren Oberfläche einen Feuerstegring auf, mit dem verhindert wird, dass sich ein harter Ölkohlebelag am Feuersteg des Kolbens ausbildet, der das Schliffbild der Zylinderlaufbuchse beschädigen kann.

[0003] Als Großmotoren werden vorliegend Brennkraftmaschinen mit einem Kolbendurchmesser von mehr als 140 mm verstanden, wie sie z.B. für Schiffsdieselbrennkraftmaschinen zur Anwendung kommen. 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Um diese Probleme zu adressieren und gleichzeitig die Anzahl der benötigten Bauteile zu reduzieren sind im Stand der Technik Lösungen bekannt, bei denen die Zylinderkopfdichtung mit dem Feuerstegring kombiniert wird.

[0007] CN 204921161 U zeigt das Anordnen eines Feuerstegrings zwischen einer Zylinderlaufbuchse und einem Zylinderkopf. Der Feuerstegring weist an seiner inneren Oberfläche an einer vom Zylinderkopf abgewandten Seite eine Kratzklinge zum Entfernen von Kohlenstoffablagerungen vom Kolben auf. An seiner Außenseite schließt er direkt an einen Flüssigkeitskühlmantel an. An der dem Zylinderkopf zugewandten Oberseite weist der Feuerstegring eine erste, äußere Nut

zur Aufnahme einer Kühlmitteldichtung zur Abdichtung des Brennraums gegen den Kühlmantel und eine innere Nut zur Aufnahme einer Zylinderkopfdichtung auf. Die Zylinderkopfdichtung ist dabei in einem radialen Abstand vom Brennraum angeordnet und von diesem durch einen ringförmigen Vorsprung getrennt.

[0008] Die US 4,474,147 A zeigt eine Lösung bei der ein Feuerstegring mit einem L-förmigen Profil ausgeführt ist, das einerseits in einen Zylinder hineinragt und Kohlenstoffablagerungen von einem Kolben abschabt, andererseits auf einer Deckfläche eines Zylinderblocks aufliegt. Auf der Deckfläche des Zylinderblocks ist in einem radialen Abstand vom Zylinder eine ringförmige Wulst ausgeführt, die mit einer ringförmigen Nut in der dem Block zugewandten Zylinderkopfseite korrespondiert. Im montierten Zustand liegt der Feuerstegring auf der ringförmigen Wulst auf. Werden Zylinderblock und -kopf mittels Zylinderkopfschrauben miteinander verbunden, wird die ringförmige Wulst gegen den Feuerstegring und die Nut im Zylinderkopf gepresst, sodass sich der Feuerstegring verformt und den Brennraum nach außen abdichtet.

[0009] Beiden Lösungen ist gemeinsam, dass die als Zylinderkopfdichtung fungierenden Strukturen konstruktionsbedingt in radialer Richtung vom Zylinder bzw. vom Brennraum beabstandet sind. Insbesondere soll dadurch eine Krafteinleitung vom Zylinderkopf in den Zylinderblock weitab vom Zylinder bzw. der Laufbuchse erfolgen. 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 großer Schadraum verringert die Effizienz der Brennkraftmaschine, gleichzeitig erhöhen sich - speziell bei Gasmotoren - die HCEmissionen, da Luft-Brennstoffgemisch während des Verdichtungstaktes aus dem Brenn- in den Schadraum gedrückt wird und unverbrannt während des Expansionstaktes wieder entweicht. Zusätzlich ergibt sich bei Zunahme des Schadraumvolumens eine höhere Belastung durch den Zünddruck im Brennraum.

[0010] Weitere derartige Zylinderkopfdichtungen sind aus den Patentanmeldungen JP S57196237 U, DE 19781063 T1, JP S57101344 U und EP 1918559 A2 bekannt.

[0011] 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.

[0012] Diese Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Feuerstegring an seiner im montierten Zustand dem Zylinderkopf zugewandten Oberseite eine Ausnehmung aufweist, in der ein Dichtelement zumindest teilweise angeordnet ist.

[0013] Vorzugsweise steht das Dichtelement mit der dem Kurbelgehäuse zugewandten Zylinderkopfunterseite in Kontakt. Dadurch kann auf einfache Weise eine Reduzierung des Schadvolumens und damit eine Verbesserung des Emissionsverhaltens erreicht werden. Mit dem Dichtelement lässt sich eine Druckbarriere zum Brennraum generieren, mit der sich der Wirkdurchmesser der darin wirkenden Gaskraft begrenzen lässt. Als Resultat werden die Wirkdurchmesser der Schraubenkräfte minimiert und es können für die Zylinderkopfschrauben kleinere Schraubenabmessungen und/oder niedrigere Schraubenvorspannkräfte verwendet werden.

[0014] Insbesondere ist das Dichtelement als von der Zylinderkopfdichtung und dem Feuerstegring separates Bauteil ausgeführt. Auf diese Weise kann einerseits das Dichtelement aus einem für die bestimmungsgemäße Verwendung bestmöglichen Material gefertigt werden, unabhängig davon, wie die Zylinderkopfdichtung ausgeführt ist. Gleichzeitig kann im Verschleiß- oder Schadensfall das Dichtungselement einfach ausgetauscht werden, ohne dass die Zylinderkopfdichtung geändert und ohne dass der Feuerstegring oder das Kurbelgehäuse bearbeitet werden müssen.

[0015] In einer Variante der Erfindung wird der Zylinder durch eine in einer Bohrung im Kurbel-

gehäuse angeordnete Zylinderlaufbuchse gebildet, wobei die Zylinderkopfdichtung auf einer dem Zylinderkopf zugewandten Laufbuchsenoberseite angeordnet und der Feuerstegring in der Zylinderlaufbuchse aufgenommen 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. Insbesondere ist der Feuerstegring als von der Zylinderlaufbuchse separates Bauteil ausgeführt und auch das Dichtelement ist - wie oben beschrieben - als vom Feuerstegring und von der Zylinderlaufbuchse separates Bauteil ausgeführt. Dadurch wird auch hier der Arbeitsaufwand minimiert, wenn das Dichtelement verschleißt oder beschädigt wird, da Kurbelgehäuse, Zylinderlaufbuchse und Feuerstegring an ihrem Platz bleiben können und einzig das Dichtelement getauscht wird.

[0016] Vorzugsweise ragt das Dichtelement in einer Richtung entlang der Zylinderachse über die dem Zylinderkopf zugewandte Oberseite des Feuerstegrings und/oder über eine dem Zylinderkopf zugewandte Kurbelgehäuseoberseite und/oder über eine dem Zylinderkopf zugewandte Laufbuchsenoberseite hinaus. Dadurch wird sichergestellt, dass bei Montage des Zylinderkopfes auf dem Kurbelgehäuse die Zylinderkopfdichtung und das Dichtelement verpresst werden, um eine bestmögliche Dichtwirkung zu erzielen, während keine oder nur geringe Krafteinwirkung auf den Feuerstegring und die Zylinderlaufbuchse erfolgt.

[0017] Eine besonders gute Funktion des Dichtelements lässt sich erzielen, wenn es zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einem verformbaren und temperaturbeständigen Material ausgeführt ist. Günstigerweise ist zumindest der aus der Ausnehmung herausragende Bereich des Dichtelements aus einem derartigen Material ausgeführt. Verformbar bedeutet hier, dass sich das Dichtelement einer Druckeinwirkung - z.B. durch Anziehen der Zylinderkopfschrauben - durch Nachgeben anpasst. Temperaturbeständigkeit bedeutet im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere, dass das Material des Dichtelements zumindest Temperaturen bis zu einer Höhe von 400°C ohne Beschädigung widersteht. Mit anderen Worten ist das Dichtelement zumindest teilweise aus einem verformbaren und Temperaturen bis zu 400°C ohne Beschädigung widerstehenden Material ausgeführt. Beispielsweise kann hier Weicheisen zum Einsatz kommen, wobei auch andere Materialien möglich sind, die die oben genannten Voraussetzungen erfüllen.

[0018] In einer weiteren Variante der Erfindung ist die Ausnehmung als sich von einer Außenseite des Feuerstegrings in radialer Richtung bis zu einer inneren Begrenzungswand erstreckender Materialabtrag ausgeführt. Eine radiale Richtung ist hier insbesondere hinsichtlich der Zylinderachse zu verstehen. Mit anderen Worten erstreckt sich die Ausnehmung von einer Außenseite des Feuerstegrings in Richtung der Zylinderachse bis zu einer Begrenzungswand, durch die sie vom Brennraum getrennt wird. Eine solche Ausnehmung lässt sich einfach fertigen, gleichzeitig wird durch Anordnen des Dichtelements der Schadraum minimiert und ein Eindringen von Brenngasen in den Spalt zwischen Außenseite des Feuerstegrings und Innenoberfläche der Zylinderlaufbuchse verhindert.

[0019] In noch einer weiteren Variante ist die Ausnehmung als eine sich von der dem Zylinderkopf zugewandten Oberseite des Feuerstegrings in einer Richtung parallel zur Zylinderachse erstreckende Vertiefung ausgeführt, die vom Brennraum durch eine erste Begrenzungswand und von der Zylinderlaufbuchse durch eine zweite Begrenzungswand getrennt ist.

[0020] Vorzugsweise weist dabei das Dichtelement einen in Richtung des Zylinderkopfes hinausragenden Dichtabschnitt und einen überwiegend in der Ausnehmung aufgenommenen Montageabschnitt auf. Mit anderen Worten weist das Dichtelement einen Dichtabschnitt auf, der im montierten Zustand über die dem Zylinderkopf zugewandte Oberseite des Feuerstegrings hinausragt, und einen im montierten Zustand überwiegend in der Ausnehmung aufgenommenen Montageabschnitt. Diese Aufteilung in zwei Abschnitte ermöglicht den Aufbau aus unterschiedlichen Materialien - zumindest ein Abschnitt, bevorzugt der Dichtabschnitt, ist aus verformbarem Material zu fertigen, der andere Abschnitt kann durch ein entsprechend angepasstes Material ausgeführt werden. Dadurch lassen sich durch passende Materialwahl Kosten sparen und/oder die Funktion optimieren.

[0021] Eine besonders einfache Montage und ein besonders guter Halt im Betrieb lassen sich

dadurch erreichen, dass der Montageabschnitt mit einem in einer im montierten Zustand vom Zylinderkopf wegführenden Richtung abnehmendem Dichtelement-Querschnitt ausgeführt ist und die Ausnehmung zumindest einen Aufnahmeabschnitt mit in Richtung des Zylinderkopfes zunehmendem Ausnehmungs-Querschnitt aufweist. Durch die aufeinander abgestimmten Querschnitte lässt sich eine Klemmwirkung zwischen Dichtelement bzw. dessen Montageabschnitt und der Ausnehmung erzielen.

[0022] Diese Klemmwirkung lässt sich erhöhen, wenn die Ausnehmung einen an der vom Zylinderkopf abgewandten Seite an den Aufnahmeabschnitt anschließenden Endabschnitt mit konstantem Querschnitt aufweist, und die Querschnittserstreckung des Endabschnitts der Ausnehmung im am weitesten vom Zylinderkopf entfernten Bereich in radialer Richtung geringer ist als die geringste Querschnittserstreckung des Montageabschnitts in radialer Richtung. Je tiefer also der Montageabschnitt in die Ausnehmung hineinragt desto mehr wird er in den zu schmalen Bereich der Ausnehmung gedrückt, verklemmt und dadurch fixiert.

[0023] Nachfolgend wird die Erfindung anhand nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen

[0024] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

[0025] Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht entlang einer Zylinderachse einer Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik,

[0026] Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;

[0027] Fig. 4 ein Detail der Schnittansicht aus Fig. 3;

[0028] Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine; und

[0029] Fig. 6 ein Detail der Schnittansicht aus Fig. 5.

[0030] Gleiche Elemente sind in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit mit gleichen Bezugszeichen versehen.

[0031] Fig. 1 zeigt in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 100 mit einem Zylinderblock 101 und einem darauf aufgesetzten, lösbar verbundenen Zylinderkopf 102. Die dem Zylinderblock 101 zugewandte Seite des Zylinderkopfes 102 wird nachfolgend teilweise als Zylinderkopfdichtfläche bezeichnet bzw. bildet die Zylinderkopfdichtebene. Im Zylinderblock 101 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Zylinder 2 ausgebildet, in denen je ein Kolben 3 entlang der Zylinderachsen 2a hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Kolben 3 sind über Pleuelstangen 40 mit einer Kurbelwelle 103 verbunden und bewegen sich im Wesentlichen in einer Richtung normal zu einer Kurbelwellenachse 103a. Während Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit vier Zylindern 2 zeigt ist die Erfindung auch auf Brennkraftmaschinen 100 mit mehr oder weniger Zylindern 2 anwendbar, insbesondere auch auf Großmotoren.

[0032] Fig. 2 zeigt eine teilweise Schnittansicht entlang der Zylinderachse 2a einer Brennkraftmaschine 100 aus dem Stand der Technik. Darin ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem im Kurbelgehäuse 101 eine Bohrung 4 ausgeführt ist, in der eine Zylinderlaufbuchse 5 aufgenommen ist, die den Zylinder 2 ausbildet. Der Kolben 3 ist innerhalb dieser Zylinderlaufbuchse 5 entlang einer Zylinderachse 2a beweglich. Zylinderlaufbuchse 5, Kolben 3 und Zylinderkopf 102 bilden und begrenzen einen Brennraum 7. Der Kolben 3 weist an seiner Außenseite drei Kolbenringe 8 auf, die den Brennraum 7 in vom Zylinderkopf 102 wegführender Richtung begrenzen und abdichten. Im Bereich zwischen den Kolbenringen 8 und der dem Zylinderkopf 102 zugewandten Kolbenoberseite 3a ist ein Feuersteg 9 ausgebildet. Im Bereich des Feuerstegs 9 weist der Kolben 3 einen etwas geringeren Durchmesser auf als im in vom Zylinderkopf 102 wegführender Richtung daran anschließenden Bereich.

[0033] Die Zylinderlaufbuchse 5 weist an ihrem zum Zylinderkopf 102 bzw. zu der dem Kurbelgehäuse 101 zugewandten Zylinderkopfunterseite 102a orientierten Ende einen Laufbuchsen-

bund 6 auf, der auf einem korrespondierenden Absatz 10 des Kurbelgehäuses 101 aufliegt. Dementsprechend ist der Außendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 5 im Bereich des Laufbuchsenbunds 6 größer als im in Richtung der Zylinderachse 2a vom Zylinderkopf 102 wegführender Richtung anschließenden Abschnitt der Laufbuchse 5. Im Bereich des Laufbuchsenbundes 6 ist an der Innenseite der Zylinderlaufbuchse 5 ein Feuerstegring 1 angeordnet, der den Zylinder 2 und den darin angeordneten Bereich des Brennraums 7 in radialer Richtung begrenzt. Die radiale Richtung ist hier hinsichtlich der Zylinderachse 2a zu verstehen. Die dem Zylinderkopf 102 zugewandte Oberseite des Feuerstegrings 1 schließt mit der dem Zylinderkopf 102 zugewandten Laufbuchsenoberseite 5a bündig ab. Zur Aufnahme des Feuerstegrings 1 weist der innere obere Bereich der Laufbuchse 5 einen größeren Innendurchmesser auf als der in vom Zylinderkopf 102 wegführender Richtung anschließende Bereich der Laufbuchse 5. Den Ubergang zwischen diesen Bereichen bildet ein Stegabsatz 51.

[0034] Der Feuerstegring 1 dient insbesondere dazu, die Bildung harter Ölkohlebeläge im an den Brennraum 7 angrenzenden Bereich des Kolbens 3, insbesondere am Feuersteg 9, zu verhindern, da derartige Beläge das Schliffbild der Zylinderlaufbuchse 5 beschädigen können.

[0035] In einer nicht dargestellten Ausführungsform ohne Zylinderlaufbuchse 5 ist der Feuerstegring 1 direkt im oberen Bereich der den Zylinder 2 ausbildenden Bohrung 4 angeordnet.

[0036] Zwischen Zylinderkopf 102 und Kurbelgehäuse 101 bzw. zwischen Zylinderkopfunterseite 102a und Kurbelgehäuseoberseite 101a, gemäß dargestelltem Ausführungsbeispiel zwischen Zylinderkopfunterseite 102a und Laufbuchsenoberseite 5a, ist eine Zylinderkopfdichtung 11 angeordnet, die einen Gasaustritt aus dem Brennraum 7 in radialer Richtung verhindern soll. Die Zylinderkopfdichtung 11 ist dabei in radialer Richtung hinsichtlich der Zylinderachse 2a in einem Bereich oberhalb des Absatzes 10 des Kurbelgehäuses 101 angeordnet, auf dem der Laufbuchsenbund 6 aufliegt. Dadurch wird sichergestellt, dass es beim Verbinden von Kurbelgehäuse 101 und Zylinderkopf 102 durch Festziehen der Zylinderkopfschrauben eine direkte, im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse 2a verlaufende Kraftwirkung vom Zylinderkopf 102 über den Laufbuchsenbund 6 in das Kurbelgehäuse 101 gibt. So kann verhindert werden, dass sich eine Biegebelastung auf den Laufbuchsenbund 6 der Zylinderlaufbuchse 5 ergibt. Gleichzeitig wird die Zylinderkopfdichtung 11 an ihrer Position verpresst und so eine bestmögliche Abdichtung des Brennraums 7 erreicht.

[0037] Nachteilig an der dieser bekannten Lösung ist aber insbesondere, dass sich dadurch ein relativ großer Wirkdurchmesser des Gasdrucks aus dem Brennraum 7 ergibt - der Verbrennungsdruck breitet sich bei Verbrennungsmotoren nämlich vom Inneren des Brennraums 7 bis zur Zylinderkopfdichtung 11 aus, so dass die Bauteile des Motors in dieser Zone stark belastet werden. Zusätzlich sind größere Schraubenkräfte bei der Montage vom Zylinderkopf 102 auf dem Kurbelgehäuse 101 notwendig.

[0038] Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Lösung adressiert. Eine erste Variante ist in den Fign. 3 und 4 dargestellt, die sich insbesondere durch die Ausführung des Feuerstegrings 1 unterscheidet. Dieser weist an seiner dem Zylinderkopf 102 zugewandten Oberseite 1a eine Ausnehmung 12 auf, in der ein Dichtelement 13 angeordnet ist, das einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und aus einem verformbaren und temperaturbeständigen Material, z.B. Weicheisen, ausgeführt ist. Die Ausnehmung 12 ist dabei als sich von der Außenseite des Feuerstegrings 1 in radialer Richtung zur Zylinderachse 2a hin bis zu einer inneren Begrenzungswand 14 erstreckender Materialabtrag ausgeführt. Die Ausnehmung 12 gemäß der ersten Variante ist also als an der Außenseite des Feuerstegrings 1 angeordnete Nut ausgeführt, die nach oben in Richtung des Zylinderkopfes 102 offen ist. In Richtung des Brennraums 7 und um ein Einwirken der Gaskräfte direkt auf das Dichtelement 13 zu verhindern verbleibt die innere Begrenzungswand 14.

[0039] Das Dichtelement 13 ist zumindest teilweise in der Ausnehmung aufgenommen und ragt in einer Richtung entlang der Zylinderachse 2a über die Oberseite 1a des Feuerstegrings 1 hinaus. Wie insbesondere in der Detailansicht in Fig. 4 zu erkennen ist steht das Dichtelement 13 mit der dem Kurbelgehäuse 101 zugewandten Zylinderkopfunterseite 102a in Kontakt und es

ergibt sich insbesondere auch durch die o-ringartige Ausführung eine Dichtwirkung zwischen dem Feuerstegring 1 und der Zylinderkopfunterseite 102a im Bereich des Brennraums 7. Auf diese Weise wird gegenüber dem Brennraum 7 eine Druckbarriere generiert, die den Wirkdurchmesser der Gaskraft begrenzt, weil der Feuerstegring 1 einen viel geringeren radialen Abstand zum Brennraum 7 aufweist als die Zylinderkopfdichtung 11, die ja aufgrund der Krafteinleitung aus dem Zylinderkopf 102 in das Kurbelgehäuse 101 im Bereich des Laufbuchsenbunds 6 angeordnet werden muss. Die zentrale Dichtwirkung und insbesondere das überwiegende Aufnehmen der Kräfte beim Montieren des Zylinderkopfes 102 auf dem Kurbelgehäuse 101 kann noch immer von der Zylinderkopfdichtung 11 wahrgenommen werden, das Dichtelement 13 an der Oberseite 1a des Feuerstegrings 1 wirkt aber als relevante Drucksperre und reduziert das Schadraumvolumen praktisch vollständig.

[0040] Eine zweite Variante eines Feuerstegrings 1‘ der erfindungsgemäßen Lösung ist in den Fign. 5 und 6 dargestellt. Die zweite Variante weist ein unterschiedliches Dichtelement 13° auf, dementsprechend ist auch die Ausnehmung 12‘ anders ausgeführt als in der ersten Variante.

[0041] Wie Fig. 5 zeigt ist in der zweiten Variante die Ausnehmung 12°‘ als eine sich von der Oberseite 1a des Feuerstegrings 1‘ in einer Richtung parallel zur Zylinderachse 2a erstreckende Vertiefung ausgeführt, die vom Brennraum 7 durch eine erste Begrenzungswand 14 und in radialer Richtung von der Zylinderlaufbuchse 5 durch eine zweite Begrenzungswand 15 getrennt ist. In radialer Richtung, ausgehend von der Zylinderachse 2a, sind also zuerst die erste Begrenzungswand 14, dann die Ausnehmung 12°, dann die zweite Begrenzungswand 15 und danach die Zylinderlaufbuchse 5 verortet. Die Ausnehmung 12‘ ist im Wesentlichen als umlaufende Nut ausgeführt, die von der Oberseite 1a des Feuerstegrings 1‘ ihren Ausgang nimmt.

[0042] Im Gegensatz zur ersten Variante, bei der das Dichtelement 13 im Wesentlichen als ORing ausgeführt ist, weist das Dichtelement 13‘ der zweiten Variante einen Aufbau mit zwei unterschiedlich ausgeführten Abschnitten auf: Ein Dichtabschnitt 130a ragt im montierten Zustand über die Oberseite 1a des Feuerstegrings 1° hinaus und fungiert als Druckbarriere gegenüber dem Brennraum 7. Daran anschließend ist ein überwiegend in der Ausnehmung 12“ aufgenommener Montageabschnitt 130b ausgeführt. Zumindest der Dichtabschnitt 130a oder der Montageabschnitt 130b sind dabei aus einem verformbaren und temperaturbeständigen Material auszuführen, um die erfindungsgemäße Funktion sicherzustellen.

[0043] Bei der Montage des Zylinderkopfes 102 auf dem Kurbelgehäuse 101 wird das Dichtelement 13‘ in die Ausnehmung 12‘ hineingedrückt, so dass sich die Druckbarriere an die Zylinderkopfunterseite 102a anpassen kann. Gleichzeitig wird die die Zylinderkopfdichtung 11 zusammengestaucht und nimmt die wesentlichen beim Zusammenbau wirkenden Kräfte auf.

[0044] Um die Funktionalität zu verbessern, ist der Montageabschnitt 130b mit einem in vom Dichtabschnitt 130a wegführender Richtung abnehmenden Dichtelement-Querschnitt 131 ausgeführt. Das bedeutet, dass der Montageabschnitt 130b an seinem Anschluss an den Dichtabschnitt 130a einen größeren Querschnitt aufweist als an seinem vom Dichtabschnitt 130a abgewandten Ende. Im Wesentlichen ist der Querschnitt also keilförmig zulaufend ausgeführt.

[0045] Die Ausnehmung 12°‘ ist im Wesentlichen korrespondierend ausgeführt und weist einen Aufnahmeabschnitt 120a und einen daran anschließenden Endabschnitt 120b auf. Der Aufnahmeabschnitt 120a nimmt an der Oberseite 1a des Feuerstegrings 1° seinen Ausgang mit einem ersten Querschnitt, der sich in Richtung des Bodens der Ausnehmung 12‘, der durch den Endabschnitt 120b gebildet wird, verkleinert. Der Aufnahmeabschnitt 120a weist also einen Ausnehmungs-Querschnitt 121 auf, der sich ausgehend vom Endabschnitt 120b in Richtung des Zylinderkopfes 102 vergrößert. Der Endabschnitt 120b hat einen konstanten Querschnitt, der geringer ist als der kleinste Querschnitt des Montageabschnitts 130b. Mit anderen Worten ist die Querschnittserstreckung des Endabschnitts 120b im am weitesten vom Zylinderkopf 102 entfernten Bereich der Ausnehmung 12°‘ geringer als die geringste Querschnittserstreckung des Montageabschnitts 130b, jeweils gesehen in radialer Richtung hinsichtlich der Zylinderachse 2a.

[0046] Das Dichtelement 13‘ wird also mit seinem Montageabschnitt 130b in dem Aufnahmeab-

schnitt 120a geführt und verklemmt sich dann im Bereich des Endabschnitts 120b. Auf diese Weise ergibt sich eine bestmögliche Fixierung des Dichtelements 13° in der Ausnehmung 12°.

[0047] Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Brennkraftmaschine 100 mit Kurbelgehäuse 101 und Zylinderkopf 102 vorgeschlagen, bei der je Zylinder 2 ein den jeweiligen Brennraum 7 begrenzender Feuerstegring 1, 1‘ vorgesehen ist, wobei je Zylinder 2 zwischen Kurbelgehäuse 101 und Zylinderkopf 102 neben einer Zylinderkopfdichtung 11 ein in einer Ausnehmung 12, 12° auf einer dem Zylinderkopf 102 zugewandten Oberseite 1a des Feuerstegrings 1, 1‘ angeordnetes, als separates Bauteil von der Zylinderkopfdichtung 11 und dem Feuerstegring 1, 1‘ ausgeführtes Dichtelement 13, 13‘ vorgesehen ist. Es ist also neben der Zylinderkopfdichtung 11 hinsichtlich der Zylinderachse 2a radial weiter innen ein separates Dichtelement 13, 13‘ ausgeführt, das gegenüber dem Brennraum 7 als Druckbarriere fungiert.

[0048] Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt durch Vorsehen von Dichtelementen 13, 13° in Feuerstegringen 1, 1° eine Druckbegrenzung hinsichtlich des Brennraums 7 des Zylinders 2, so dass die Belastung der Bauteile der Brennkraftmaschine 100 reduziert und die Wirkdurchmesser der Schraubenkräfte minimiert werden können. Insbesondere können kleinere Schraubenabmessungen der Zylinderkopfschrauben und niedrigere Schraubenvorspannkräfte verwendet werden.

BEZUGSZEICHEN

1, 1‘ Feuerstegring

1a Oberseite (des Feuerstegrings 1, 1°) 2 Zylinder

2a Zylinderachse

3 Kolben

3a Kolbenoberseite

4 Bohrung

5 Laufbuchse

5a Laufbuchsenoberseite 6 Laufbuchsenbund

7 Brennraum

8 Kolbenring

9 Feuersteg

10 Absatz

11 Zylinderkopfdichtung

12, 12‘ Ausnehmung 13, 13° Dichtelement

14 innere Begrenzungswand 15 äußere Begrenzungswand 40 Pleuelstange

51 Stegabsatz

100 Brennkraftmaschine

101 Kurbelgehäuse

102 Zylinderkopf

102a Zylinderkopfunterseite

103 Kurbelwelle

103a Kurbelwellenachse

120a Aufnahmeabschnitt

120b Endabschnitt

121 Ausnehmungs-Querschnitt 130a Dichtabschnitt

130b Montageabschnitt

131 Dichtelement-Querschnitt

Claims (9)

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (100) mit

- einem Kurbelgehäuse (101), in dem zumindest ein Zylinder (2) mit einem darin entlang einer Zylinderachse (2a) verschieblich gelagerten Kolben (3) ausgeführt ist,

- zumindest einem Zylinderkopf (102), der mit dem Kurbelgehäuse (101) lösbar verbunden ist und den Zylinder (2) auf einer Seite begrenzt, so dass zwischen Kolben (3) und Zylinderkopf (102) ein Brennraum (7) ausgebildet wird,

- zumindest einer zwischen dem Zylinderkopf (102) und dem Kurbelgehäuse (101) angeordneten Zylinderkopfdichtung (11), und

- zumindest einem Feuerstegring (1, 19), der den Zylinder (2) zumindest in einem in einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) an den Zylinderkopf (102) angrenzenden Bereich in radialer Richtung begrenzt,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Feuerstegring (1, 1) an seiner im montierten Zustand dem Zylinderkopf (102) zugewand-

ten Oberseite (1a) eine Ausnehmung (12, 12°) aufweist, in der ein Dichtelement (13, 13°)

zumindest teilweise angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 1, wobei der Zylinder (2) durch eine in einer Bohrung (4) im Kurbelgehäuse (101) aufgenommene Zylinderlaufbuchse (5) gebildet wird, wobei die Zylinderkopfdichtung (11) auf einer dem Zylinderkopf (102) zugewandten Laufbuchsenoberseite (5a) angeordnet und der Feuerstegring (1, 1‘) in der Zylinderlaufbuchse (5) aufgenommen ist.

3. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (13, 13° In einer Richtung entlang der Zylinderachse (2a) über die dem Zylinderkopf (102) zugewandten Oberseite (1a) des Feuerstegrings (1, 1°) und/oder über eine dem Zylinderkopf (102) zugewandte Kurbelgehäuseoberseite (101a) und/oder über eine dem Zylinderkopf (102) zugewandte Laufbuchsenoberseite (5a) hinausragt.

4. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dichtelement (13, 13°) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig aus einem verformbaren und temperaturbeständigen Material ausgeführt ist.

5. Brennkraftmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (12) als sich von der Außenseite des Feuerstegrings (1) in radialer Richtung bis zu einer inneren Begrenzungswand (14) erstreckender Materialabtrag ausgeführt ist.

6. Brennkraftmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausnehmung (12°) als eine sich von der dem Zylinderkopf (102) zugewandten Oberseite (1a) des Feuerstegrings (1°) in einer Richtung parallel zur Zylinderachse (2a) erstreckende Vertiefung ausgeführt ist, die vom Brennraum (7) durch eine erste Begrenzungswand (14) und von der Zylinderlaufbuchse (5) durch eine zweite Begrenzungswand (15) getrennt ist.

7. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 6, wobei das Dichtelement (13‘) einen in Richtung des Zylinderkopfes (102) hinausragenden Dichtabschnitt (130a) und einen überwiegend in der Ausnehmung (12°) aufgenommenen Montageabschnitt (130b) aufweist.

8. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 7, wobei der Montageabschnitt (130b) mit einem in einer im montierten Zustand vom Zylinderkopf (102) wegführenden Richtung abnehmendem Dichtelement-Querschnitt (131) ausgeführt ist und die Ausnehmung (12°) zumindest einen Aufnahmeabschnitt (120a) mit in Richtung des Zylinderkopfes (102) zunehmendem Ausnehmungs-Querschnitt (121) aufweist.

9. Brennkraftmaschine (100) nach Anspruch 8, wobei die Ausnehmung (12°) einen an der vom Zylinderkopf (102) abgewandten Seite an den Aufnahmeabschnitt (120a) anschließenden Endabschnitt (120b) mit konstantem Querschnitt aufweist, und die Querschnittserstreckung des Endabschnitts (120b) der Ausnehmung (12°) im am weitesten vom Zylinderkopf (102) entfernten Bereich in radialer Richtung geringer ist als die geringste Querschnittserstreckung

des Montageabschnitts (130b) in radialer Richtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen