AT16206U1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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AT16206U1
AT16206U1 ATGM8034/2018U AT80342018U AT16206U1 AT 16206 U1 AT16206 U1 AT 16206U1 AT 80342018 U AT80342018 U AT 80342018U AT 16206 U1 AT16206 U1 AT 16206U1
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Johann Holzhammer Peter
Hollaus Christoph
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Ge Jenbacher Gmbh & Co Og
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Abstract

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, wobei der Zylinderkopf (1) einen Zylinderkopfdichtungsbereich (2) zum Abschließen eines Brennraumes mit einem Durchmesser (3) und Folgendes aufweist: a. zwei Einlassbohrungen (4) zur Aufnahme von jeweils einem Einlassventil, b. zwei Auslassbohrungen (5) zur Aufnahme von jeweils einem Auslassventil, c. einer Zündkerzenhülsenbohrung (6) zur Aufnahme einer Zündkerzenhülse (14), wobei zumindest eine Einlassbohrung (4) der zwei Einlassbohrungen (4) einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,0% und 36,6% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt, vorzugsweise einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,5% und 35,9% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt, besonders bevorzugt einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,8% und 35,5% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt und das die mindestens eine Auslassbohrung einen Durchmesser (8) aufweist, der bezogen auf den Durchmesser (3) des Brennraums mindestens 1% kleiner ist, als der Durchmesser (7) der Einlassbohrungen (4).

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, wobei der Zylinderkopf einen Zylinderkopfdichtungsbereich zum Abschließen eines Brennraumes mit einem Innendurchmesser aufweist und des Weiteren zwei Einlassbohrungen zur Aufnahme von jeweils einem Einlassventil, zwei Auslassbohrungen zur Aufnahme von jeweils einem Auslassventil und eine Zündkerzenhülsenbohrung zur Aufnahme einer Zündkerzenhülse, sowie einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderkopf.
[0002] Zylinderköpfe mit einem Zylinderkopfdichtungsbereich mit gleichem Innendurchmesser werden dazu verwendet, Brennräume nach oben hin abzuschließen bzw. den oberen Brennraumteil auszubilden.
[0003] Die im Stand der Technik bekannten Zylinderköpfe weisen dabei zwei Einlassbohrungen mit einem ersten maximalen Durchmesser auf, wobei die zwei Auslassbohrungen in der Regel nicht größer als mit einem zweiten maximalen Durchmesser ausgebildet sind, sodass in einem zentralen Bereich des Zylinderkopfes eine Zündkerzenhülse mit einem gegebenen Durchmesser in eine dafür vorgesehene Bohrung noch eingesetzt werden kann.
[0004] Wichtig bei der Auswahl der Größe der Einlassbohrungen und der Auslassbohrungen ist, dass der Zylinderkopf eine ausreichend gute „Atmung“ des Brennraumes zulässt. Bei dieser Atmung ist das Verhältnis der Größe der Einlassventile zu der Größe der Auslassventile gemeint. Die Atmung definiert sich über den Umstand, dass der Brennraum in der Lage sein muss, durch die Einlassventile ein ausreichend großes Volumen pro Zeit „einzuatmen“. Durch diese Einatmung ist die Zufuhr von einem Luft-Brennstoff-Gemisch durch die Einlassventile in den Brennraum definiert, wobei der Kolben, welcher im Brennraum angeordnet ist, während einer Abwärtsbewegung (welche das aktuelle Volumen im Brennraum vergrößert) das Brennstoff-Gas-Gemisch in den Brennraum eingeführt wird. Nach der Verbrennung müssen die Verbrennungsrückstände bzw. die Abgase wieder aus dem Brennraum durch die Auslassventile „ausgeatmet“ werden. Dieses Ausatmen bedeutet wiederum, dass durch eine Aufwärtsbewegung des Kolbens (was zu einem Verringern des Volumens im Brennraum führt) die Verbrennungsrückstände durch die Auslassventile ausgeschoben werden. Eine gute Atmung des Brennraumes kann nur dann gegeben sein, wenn die Einlassbohrungen in Bezug auf ihren Durchmesser ein gewisses Verhältnis zu den Auslassbohrungen aufweisen, sodass ein ausreichend großes Volumen an Brennstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum zugeführt werden kann und dieses anschließend an die Verbrennung auch wieder abgeführt werden kann, wobei für die Verbrennung ausreichend Brennstoff bereitgestellt wird und die daraus durch die Verbrennung entstehenden Rückstände nach der Verbrennung auch wieder abgeführt werden können, sodass möglichst wenig Verbrennungsrückstände bei der nächst folgenden Verbrennung bzw. beim nächst folgenden Einlasszyklus vorliegen.
[0005] Jedoch besteht der Wunsch die Einlassbohrungen möglichst groß zu wählen, um dem Brennraum durch das Brennstoff-Luft-Gemisch eine größere Energiemenge zuführen zu können, was wiederum jedoch eine Vergrößerung der Auslassbohrungen mit sich zieht, da sonst nicht mehr eine ausreichende „Atmung“ des Brennraumes gewährleistet werden kann.
[0006] Es hat sich gezeigt, dass bei Zylinderköpfen mit einem Zylinderkopfdichtungsbereich eine Obergrenze für die Durchmesser der Einlassventile und der Auslassventile besteht, da bei weiterer Vergrößerung der Bohrungen keine ausreichende Festigkeit des Zylinderkopfes mehr gewährleistet werden kann.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf bereitzustellen, welcher eine bessere Atmung des Brennraumes zulässt bzw. es zulässt, ein größeres Volumen pro Zeit zuzuführen und/oder ein größeres Volumen pro Zeit abzuführen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0009] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine Einlassbohrung der zwei Ein /11
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Patentamt lassbohrungen einen Durchmesser aufweist, der zwischen 34,0% und 36,6% des Durchmessers des Brennraums beträgt, vorzugsweise zwischen 34,5% und 35,9% des Durchmessers des Brennraums beträgt, besonders bevorzugt einen Durchmesser aufweist, der zwischen 34,8% und 35,5% des Durchmesser des Brennraums beträgt. Um die nötige Festtigkeit zu erhalten wird die mindestens eine Auslassbohrung so ausgeführt, dass sie einen Durchmesser aufweist, der bezogen auf den Durchmesser des Brennraums mindestens 1% kleiner ist, als der Durchmesser der Einlassbohrungen bezogen auf den Durchmesser des Brennraums. Somit ist gewährleiste, dass die verbleibende die Zündkerzenhülsenbohrung umfassende Wand eine ausreichende Stabilität behält.
[0010] Für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel weist der Zylinderkopf einen Zylinderkopfdichtungsbereich zum Abschließen eines Brennraumes mit einem Durchmesser von 145 mm auf. Für dieses Beispiel ist vorgesehen, dass zumindest eine Einlassbohrung der zwei Einlassbohrungen einen Durchmesser von 49,5 mm bis 53 mm aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser von 50 mm bis 52 mm aufweist, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 50,5 mm bis 51,5 mm.
[0011] Die Zündkerzenhülse kann in diesem Ausführungsbeispiel einem gegebenen Durchmesser von bis zu 28 mm aufweisen.
[0012] Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die zwei Einlassbohrungen jeweils einen Durchmesser von 49,5 mm bis 53 mm aufweisen, vorzugsweise einen Durchmesser von 50 mm bis 52 mm und besonders bevorzugt einen Durchmesser von 50,5 mm bis 51,5 mm.
[0013] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest eine Auslassbohrung der zwei Auslassbohrungen einen Durchmesser kleiner dem Durchmesser der zwei Einlassbohrungen aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser von 48 mm bis 50 mm. Dabei kann es in einer beispielhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die zwei Auslassbohrungen jeweils einen Durchmesser kleiner dem Durchmesser der zwei Einlassbohrungen aufweisen, vorzugsweise einen Durchmesser von 48 mm bis 50 mm.
[0014] In einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann es vorgesehen sein, dass die Zündkerzenhülsenbohrung einen Durchmesser kleiner 28 mm aufweist und vorzugsweise einen Durchmesser größer 23,5 mm aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante weist die Zündkerzenhülse einen Durchmesser von 24 mm auf. Durch eine Zündkerzenhülsenbohrung mit einem Durchmesser kleiner von 28 mm kann der der Zylinderkopf in seiner Stabilität gestärkt werden und somit die Einlassbohrungen und die Auslassbohrungen vergrößert werden.
[0015] Des Weiteren kann es vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Zündkerzenhülsenbohrung im Wesentlichen im Zentrum des Zylinderkopfes angeordnet ist. Im Wesentlichen im Zentrum kann hierbei so verstanden werden, dass die Zündkerzenhülsenbohrung mit der Mittelachse des Zylinderkopfes überlappt.
[0016] Vorzugsweise kann auch vorgesehen sein, dass der Zylinderkopf wenigstens eine Kavität für die Aufnahme und/oder das Leiten eines Kühlmediums aufweist. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Kavität im Zylinderkopf vorgesehen ist, welche über einen Kühleinlass und einen Kühlauslass verfügt. Im Betrieb des Zylinderkopfes kann anschließend ein Kühlmedium durch den Zylinderkopf bzw. dessen Kavität geleitet werden, um die durch die Verbrennung erzeugte Wärme abzuführen und somit die umliegenden Bauteile des Brennraumes zu kühlen.
[0017] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Zündkerzenhülsenbohrung zur Lagesicherung der Zündkerzenhülse zumindest bereichsweise ein Gewinde aufweist. Durch ein solches Gewinde kann die Zündkerzenhülse befestigt werden, indem die Zündkerzenhülse mit ihrem Gewinde in das Gewinde des Zylinderkopfes, welches in der Zündkerzenhülsenbohrung angeordnet ist, eingeschraubt wird.
[0018] Des Weiteren oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Zündkerzenhülsenbohrung zur Lagesicherung der Zündkerzenhülse zumindest bereichsweise einen zylindrischen
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Passsitz aufweist. Durch einen solchen zylindrischen Passsitz kann die Zündkerzenhülse durch eine Spielpassung in der Zündkerzenhülsenbohrung geführt werden oder durch eine Presspassung in der Zündkerzenhülsenbohrung befestigt werden.
[0019] In einer weiteren beispielhaften Ausführungsvariante kann es vorgesehen sein, dass eine Mittelachse der Zündkerzenhülsenbohrung parallel zu einer Mittelachse des Zylinderkopfes angeordnet ist und vorzugsweise von der Mittelachse des Zylinderkopfes parallel beabstandet angeordnet ist. Somit kann die Zündkerzenhülsenbohrung im Wesentlichen im Zentrum des Zylinderkopfes angeordnet sein, was wiederum bedeutet, dass in einer endgültigen Einbausituation die Zündkerzenhülse im Wesentlichen im Zentrum des Brennraumes angeordnet ist. Die Zündkerzenhülsenbohrung kann parallel zur Mittelachse des Zylinderkopfes sein, und von dieser parallel beabstandet sein. So kann die Zündkerzenhülsenbohrung bzw. die Zündkerzenhülse in einem Zusammenbauzustand leicht außermittig des Brennraumes angeordnet sein.
[0020] Schutz wird auch begehrt für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
[0021] Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren gezeigt. Dabei zeigt:
[0022] Fig. 1 eine Zündkerzenhülse im Einbauzustand, [0023] Fig. 2 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einem vereinfachten Querschnitt, [0024] Fig. 3 eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einem vereinfachten Querschnitt, und [0025] Fig. 4 eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes in einem vereinfachten Querschnitt.
[0026] Fig. 1 zeigt eine Zündkerzenhülse 14 in einem Einbauzustand in einem Zylinderkopf 1. Die Zündkerzenhülse 14 ist dabei im Zylinderkopf 1 durch eine Presspassung in der Zündkerzenhülsenbohrung 6 befestigt. Diese Zündkerzenhülsenbohrung 6 weist einen Durchmesser 9 auf. Im oberen Teil der Zündkerzenhülsenbohrung 6 ist ein Gewinde 12 vorgesehen, welches dazu dient, die Zündkerzenhülse 14 in ihrer Lage im Zylinderkopf 1 zu sichern. Die Verbindung zwischen Zylinderkopf 1 und Zündkerzenhülse 14 ist durch eine Schraubenverbindung ausgeführt, welche im Gewinde 12 des Zylinderkopfes 1 befestigt ist.
[0027] Die Mittelachse der Zündkerzenhülsenbohrung 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur parallel zu der Mittelachse 11 des Zylinderkopfes 1, sondern weist auch keine Beabstandung dazu auf (die Mittelachse 11 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 fällt mit der Mittelachse 10 des Zylinderkopfes 1 zusammen).
[0028] In Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine Kavität 13 zur Aufnahme eines Kühlmediums bzw. zum Leiten eines Kühlmediums vorgesehen. Im Betriebszustand des Zylinderkopfes 1 kann dabei ein Kühlmedium die Zündkerzenhülse 14 umfließen und somit kühlen. Ein Entweichen des Kühlmediums, welches die Kavität 13 beherbergt, wird nach unten hin durch die Presspassung 16 zwischen Zylinderkopf 1 und Zündkerzenhülse 14 verhindert. Nach oben hin wird diese Abdichtung durch die zwei gezeigten Dichtungen 15 (als O-Ringe ausgeführt) verwirklicht.
[0029] Zur Aufnahme der Zündkerze ist in der Zündkerzenhülse 14 die Aufnahme 17 vorgesehen (ein Gewinde).
[0030] Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 in einem vereinfachten Querschnitt. Dabei weist der Zylinderkopf 1 einen Zylinderkopfdichtungsbereich 2 auf, welcher einen Durchmesser 3 von 145 mm besitzt. Dieser Zylinderkopfdichtungsbereich 2 bildet mit seinem Durchmesser 3 die Abgrenzung des Brennraumes, wodurch die Einlassventile, Auslassventile und die Zündkerze innerhalb dieses Zylinderkopfdichtungsbereiches 2 angeordnet werden müssen.
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Patentamt [0031] Es sind zwei Einlassbohrungen 4 vorgesehen, welche einen Durchmesser 7 aufweisen. Dieser Durchmesser 7 der Einlassbohrungen 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit 51 mm gleich groß für beide gezeigten Einlassbohrungen 4 ausgeführt. Ebenfalls vorgesehen sind zwei Auslassbohrungen 5, welche ebenfalls einen identischen Durchmesser 8 von 45 mm aufweisen.
[0032] Die Zündkerzenhülsenbohrung 6 ist mit ihrer Mittelachse 11 entlang der Mittelachse 10 des Zylinderkopfes 1 angeordnet und weist einen Durchmesser 9 von 24 mm auf. Schön zu erkennen in diesem Ausführungsbeispiel ist, wie trotz vergrößerter Durchmesser 7 der Einlassbohrungen 4, trotz vergrößerter Durchmessern 8 der Auslassbohrungen 5 und trotz Zündkerzenhülsenbohrung 6 genügend Material zwischen den Bohrungen verbleibt, sodass der Zylinderkopf 1 eine genügende Stabilität für den Betrieb aufweist.
[0033] Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 in einem vereinfachten Querschnitt. Bei dieser Ausführungsvariante ist zum Unterschied zu Fig. 2 die Mittelachse 11 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 von der Mittelachse 10 des Zylinderkopfes 1 beabstandet angeordnet. Der Durchmesser 9 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Durchmesser von 24 mm ausgeführt. Durch diese Beabstandung der Mittelachse 11 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 von der Mittelachse 10 des Zylinderkopfes 1 können nun die Durchmesser 7 der Einlassbohrungen 4 weiter vergrößert werden (wie hier dargestellt auf eine Größe von 53 mm). Auch die Durchmesser 8 der Auslassbohrungen 5 können weiter vergrößert werden (hier mit einem Maß von 50 mm verwirklicht). Dennoch ist bei dieser Ausgestaltung immer noch genügend Material zwischen den Bohrungen (Stege) vorgesehen, um den Zylinderkopf 1 eine genügende Stabilität im Einsatz bereitzustellen.
[0034] Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 in einem vereinfachten Querschnitt. Ähnlich wie in Fig. 2 ist wiederum die Mittelachse 10 des Zylinderkopfes 1 mit der Mittelachse 11 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 zusammenfallend. Im Unterschied zu Fig. 2 ist jedoch der Durchmesser 9 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 größer (genauer gesagt besitzt der Durchmesser 9 der Zündkerzenhülsenbohrung 6 eine Größe von 26 mm). Die Durchmesser 8 der Auslassbohrungen 5 sind hier mit einer Größe von 49 mm ausgeführt und die Durchmesser 7 der Einlassbohrungen 4 mit einem Maß von 49,5 mm ausgeführt. Die verbleibenden Merkmale entsprechend jenen der Fig. 2.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
Zylinderkopf
Zylinderkopfdichtungsbereich
Durchmesser des Zylinderkopfdichtungsbereichs
Einlassbohrung
Auslassbohrung
Zündkerzenhülsenbohrung
Durchmesser der Einlassbohrung
Durchmesser der Auslassbohrung
Durchmesser der Zündkerzenhülsenbohrung
Mittelachse des Zylinderkopfes
Mittelachse der Zündkerzenhülsenbohrung
Gewinde
Kavität
Zündkerzenhülse
Dichtung
Presspassung
Aufnahme für Zündkerze
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Figure AT16206U1_D0005
AT16 206 U1 2019-03-15 österreichisches
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Claims (12)

  1. Ansprüche
    1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, wobei der Zylinderkopf (1) einen Zylinderkopfdichtungsbereich (2) zum Abschließen eines Brennraumes mit einem Durchmesser (3) und Folgendes aufweist:
    a. zwei Einlassbohrungen (4) zur Aufnahme von jeweils einem Einlassventil,
    b. zwei Auslassbohrungen (5) zur Aufnahme von jeweils einem Auslassventil,
    c. einer Zündkerzenhülsenbohrung (6) zur Aufnahme einer Zündkerzenhülse (14), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Einlassbohrung (4) der zwei Einlassbohrungen (4) einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,0% und 36,6% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt, vorzugsweise einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,5% und 35,9% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt, besonders bevorzugt einen Durchmesser (7) aufweist, der zwischen 34,8% und 35,5% des Durchmesser (3) des Brennraums beträgt und das die mindestens eine Auslassbohrung einen Durchmesser (8) aufweist, der bezogen auf den Durchmesser (3) des Brennraums mindestens 1% kleiner ist, als der Durchmesser (7) der Einlassbohrungen (4).
  2. 2. Zylinderkopf nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (3) 145 mm aufweist und dass zumindest eine der zwei Einlassbohrungen (4) jeweils einen Durchmesser (7) von 49,5 mm bis 53 mm aufweisen, vorzugsweise einen Durchmesser (7) von 50 mm bis 52 mm, besonders bevorzugt einen Durchmesser (7) von 50,5 mm bis 51,5 mm.
  3. 3. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Auslassbohrung (5) der zwei Auslassbohrungen (5) einen Durchmesser (8) kleiner dem Durchmesser (7) der zwei Einlassbohrungen (4) aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser (8) von 48 mm bis 50 mm.
  4. 4. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Auslassbohrungen (5) jeweils einen Durchmesser (8) kleiner dem Durchmesser (7) der zwei Einlassbohrungen (4) aufweisen, vorzugsweise einen Durchmesser (8) von 48 mm bis 50 mm.
  5. 5. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzenhülsenbohrung (6) einen Durchmesser (9) kleiner 28 mm aufweist, und vorzugsweise einen Durchmesser (9) größer 23,5 mm aufweist.
  6. 6. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzenhülsenbohrung (6) im Wesentlichen im Zentrum des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
  7. 7. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (1) wenigstens eine Kavität (13) für die Aufnahme und/oder das Leiten eines Kühlmediums aufweist.
  8. 8. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzenhülsenbohrung (6) zur Lagesicherung der Zündkerzenhülse (14) zumindest bereichsweise ein Gewinde (12) aufweist.
  9. 9. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzenhülsenbohrung (6) zur Lagesicherung der Zündkerzenhülse (14) zumindest bereichsweise einen zylindrischen Passsitz aufweist.
  10. 10. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (11) der Zündkerzenhülsenbohrung (6) von der Mittelachse (10) des Zylinderkopfes (1) beanstandet angeordnet ist.
  11. 11. Zylinderkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittelachse (11) der Zündkerzenhülsenbohrung (6) parallel zu einer Mittelachse (10) des Zylinderkopfes (1) angeordnet ist.
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  12. 12. Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11
    Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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    Fig. 1
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    Fig. 2
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    Fig. 3
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ATGM8034/2018U 2017-12-19 2017-12-19 Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine AT16206U1 (de)

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