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Gegenstand
der Erfindung ist eine selbstzündende
Brennkraftmaschine mit Brennräumen
für hohe
Zünddrücke gemäß dem Gattungsbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei
heute üblichen
Fahrzeugmotoren, insbesondere Motoren für Nutzfahrzeuge, sind Zünddrücke gebräuchlich
die bereits sehr hohe Anforderungen an die Abdichtung der Brennräume stellen
und die den Brennraum begrenzenden Komponenten, insbesondere den
Zylinderkopf sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen
aussetzen. In Folge dieser hohen Belastungen reicht oft die Kühlwirkung
die über
die Kühlkanäle im Zylinderkopf
an der Brennraumdecke zur Verfügung
gestellt werden kann für
eine ausreichende Kühlung
insbesondere in den Bereichen zwischen den Ventilen nicht aus. In Folge
davon können
sich sogenannte Stegrisse zwischen den Ventilöffnungen im Zylinderkopf einstellen und
den Zylinderkopf und damit den Motor zerstören.
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Parallel
zu diesem bestehenden Problem ist es zur Erreichung der in Zukunft
geforderten Abgaswerte einerseits und der ständig steigenden Anforderungen
an die Literleistung der Brennkraftmaschinen bei gleichzeitiger
Reduzierung des Gewichtes andererseits, unumgänglich die Zünddrücke in eine
Größenordnung
von bis zu 300 bar anzuheben, was nahezu einer Verdopplung gegenüber dem
heute üblichen
Standard gleichkommt. Derartige Anforderungen sind bei vertretbarem
Aufwand hinsichtlich des Materialeinsatzes mit heute gebräuchlichen
Motorkonstruktionen nicht zu erfüllen.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Brennkraftmaschine anzugeben, die bei vertretbarem konstruktiven
Aufwand sehr hohen Zünddrücken gewachsen
ist.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1,
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung geht davon aus, dass die heute übliche Brennraumabdichtung
durch die Unterseite des Zylinderkopfes bei zukünftigen Motoren mit stark erhöhten Zünddrücken von
einem separaten Bauteil übernommen
werden muss. Es handelt sich dabei um eine zwischen dem Brennraum
und dem Zylinderkopf angeordnete die Deckfläche des Brennraumes bildende
separate, mit dem Kurbelgehäuse und/oder
der Zylinderlaufbuchse formschlüssig
und gasdicht verbundene gekühlte
Platte, in der die Ventilsitze wenigstens eines Einlassventils und
wenigstens eines Auslassventils angeordnet sind und die von dem
wenigstens einen Einspritzventil durchragt wird. Der Vorteil eines
derartigen Bauteils liegt zum einen darin, dass die formschlüssige Verbindung
der gekühlten
Platte mit dem Kurbelgehäuse
und/oder der Zylinderlaufbuchse unmittelbar an der Brennraumgrenze
erfolgen kann, wodurch die Durchbiegung bei Druckbeaufschlagung
schon aufgrund der wesentlich geringeren Spannweiten gegenüber den heute üblichen
Zylinderköpfen
erheblich minimiert werden kann, andererseits eröffnet die Verwendung dieses
von Kurbelgehäuse,
Zylinderkopf und gegebenenfalls der Zylinderlaufbuchse separaten
Bauteils völlig
neue Möglichkeiten
hinsichtlich der Materialauswahl. Die Kühlung der gekühlten Platte
erfolgt dabei durch das für
die Kühlung
des Kurbelgehäuses und
des Zylinderkopfes vorgesehene Kühlmedium, so
dass die gekühlte
Platte in das bestehende Kühlsystem
vorteilhaft integrierbar ist.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen gekühlten Platte besteht darin,
dass sich, durch die bessere Zugänglichkeit
für die
mechanische Bearbeitung, in die gekühlte Platte Kühlkanäle einbringen lassen
die eine gegenüber
herkömmlichen
Zylinderköpfen
deutlich verbesserte Kühlung
des Brennraumdaches und der Ventilsitze zulassen. Die Kühlkanäle lassen
sich dabei vorteilhaft als von der Umfangseite der gekühlten Platte
ausgehende Bohrungen ausbilden, die vorteilhaft so in der gekühlten Platte
verlaufen, dass sie andere Bohrungen schneiden und so ein verbundenes
System von Bohrungen ausbilden. Dabei sind zumindest ein Teil der
Bohrungen zur Umfangsseite hin wieder verschlossen um in vorteilhafter
Weise das Zuströmen
und Abströmen
des Kühlmittels
zu vereinfachen.
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Die
Versorgung der gekühlten
Platte mit Kühlmittel
kann dabei einfach und damit vorteilhaft so erfolgen, dass in der
Umfangsseite und/oder im überstehenden
Randbereich der die Deckfläche
des Brennraums bildenden Flachseite der gekühlten Platte und/oder der der
Deckfläche
gegenüberliegenden Flachseite
der gekühlten
Platte Zuströmöffnungen und/oder
Abströmöffnungen
vorgesehen sind und die Versorgung der gekühlten Platte mit Kühlmittel
direkt und/oder über
das Kurbelgehäuse
und/oder über
den Zylinderkopf erfolgt. Damit eröffnet sich die Möglichkeit
den Kühlmittelstrom
optimal an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten anzupassen.
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Die
erfindungsgemäße gekühlte Platte
lässt sich
sowohl bei buchsenlosen Brennräumen
als auch bei Brennräumen,
die eine in einer Zylinderbohrung angeordneten Buchse aufweisen,
einsetzen. Bei Verwendung einer Buchse ist es besonders vorteilhaft, eine
solche einzusetzen die über
einen Bund verfügt, der
sich an einem Balkon in der Zylinderbohrung abstützt.
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Zur
Versorgung der gekühlten
Platte mit dem Kühlmittel
ist es weiter von Vorteil die Zuström- und Abströmöffnungen
in der gekühlten
Platte als Bohrungen auszubilden, die mit entsprechenden Öffnungen
im Zylinderkopf oder im Bund der Buchse oder im Kurbelgehäuse oder
in einem separaten Kühlmittelverteilerrohr
korrespondieren und die Kühlkanäle in der
gekühlten
Platte mit den Kühlmittelräumen im Zylinderkopf,
im Kurbelgehäuse
oder dem separaten Kühlmittelverteilerrohr
verbinden. Dazu können
jeweils im Übertrittsbereich
Dichtmittel vorgesehen sein die ein Austreten des Kühlmediums
sicher verhindern.
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Durch
die von Kurbelgehäuse
und Zylinderkopf unabhängige
separate Ausführung
der gekühlten
Platte eröffnet
sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit der freien Materialauswahl,
so dass für
die gekühlte
Platte hochfeste Metalllegierungen eingesetzt werden können, deren
Einsatz sich für
den Zylinderkopf oder das Kurbelgehäuse aus Kostengründen oder
auch aus konstruktiven Gründen
verbieten würde.
Die Freiheit in der Materialauswahl eröffnet auch die Möglichkeit
neben einer Variante der gekühlten
Platte mit eingesetzten Ventilsitzringen eine solche zu realisieren,
bei der die Ventilsitze in vorteilhafter Weise in die einstückige gekühlte Platte
eingearbeitet sind.
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Zur
Brennraumabdichtung ist es darüber
hinaus von Vorteil, die gekühlte
Platte mit einem zylinderförmigen
Ansatz zu versehen, dessen Außendurchmesser
dem Innendurchmesser des Brennraumes im wesentlichen entspricht
wobei der zylinderförmige
Ansatz im montierten Zustand im Innern der Zylinderbohrung bzw.
der Buchse liegt, so dass die gekühlte Platte den oberen Rand
des Brennraumes winkelförmig
umgreift. Dabei ist es für
die Abdichtung besonders förderlich
den Durchmesser des zylinderförmigen
Ansatzes so zu wählen,
dass sich zwischen ihm und dem Brennraumdurchmesser ein Presssitz ergibt.
Darüber
hinaus kann es zur Abdichtung des Brennraums von Vorteil sein, eine
Dichtung zwischen dem den Brennraum überlappenden Teil der gekühlten Platte
und dem Kurbelgehäuse
bzw. dem Buchsenbund vorzusehen.
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Die
Verbindung der gekühlten
Platte mit dem Kurbelgehäuse
bzw. falls vorhanden dem Buchsenbund wird vorteilhaft durch Verschrauben
der gekühlten
Platte mit dem Kurbelgehäuse
bzw. dem Buchsenbund mittels Schrauben bewerkstelligt, dabei sind die
Schrauben vorteilhaft möglichst
dicht am Brennraumrand anzuordnen um die Durchbiegung der gekühlten Platte
während
der Zündvorgänge zu minimieren.
Alternativ zu dieser Art der Befestigung ist es bei Brennräumen die
eine Buchse aufweisen möglich,
mittels eines Innengewindes am oberen Buchsenrand und eines Außengewindes
am Umfang des zylinderförmigen
Ansatzes, die gekühlte
Platte mit der Buchse zu verschrauben, so dass die Verbindung zwischen
Buchse und gekühlter
Platte in besonders günstiger
Weise unmittelbar am Brennraumrand erfolgt. Eine weitere einfache
und damit günstige
Möglichkeit
die gekühlte
Platte mit der Buchse zu verbinden besteht im Verschweißen dieser
beiden Bauteile miteinander.
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Zur
Verbesserung des Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine und/oder
des Verschleißes
an den Ventilsitzen kann die gekühlte
Platte auf ihrer dem Brennraum zugewandten Seite mit einer Beschichtung
geringer Wärmeleitfähigkeit
und/oder hoher Verschleißfestigkeit
versehen sein, wobei die Beschichtung mit geringer Wärmeleitfähigkeit
den Wärmeverlust
des Brennraumgases minimiert und damit den Wirkungsgrad vorteilhaft
erhöht
und eine verschleißmindernde
Beschichtung an den Ventilsitzen die Lebensdauer positiv beeinflusst.
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Um
in der gekühlten
Platte in unterschiedlichen Ebenen unterschiedliche Materialeigenschaften zu
erzeugen kann es von Vorteil sein, die gekühlte Platte in Schichten aus
parallelen Platten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften aufzubauen,
wobei wenigstens eine der innenliegenden parallelen Platte mit dem
Kühlsystem
der Brennkraftmaschine verbundene Ausnehmungen aufweist. Durch den Aufbau
aus einem Paket paralleler Platten lassen sich sowohl die Kühlkanäle als auch
die Kühlmittelzuführungen
bzw. die Kühlmittelabführungen
beson ders einfach und damit vorteilhaft durch z. B. Ausstanzungen
an einer oder an mehreren der parallelen Platten erzeugen. Zur Erhöhung der
Biegesteifigkeit des Verbundes ist es vorgesehen, benachbarte Platten
des Plattenpaketes miteinander zu verbinden.
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Der
Zylinderkopf, der sich auf der dem Brennraum abgewanden Seite an
die gekühlte
Platte anschließt,
kann als jeweils einem Zylinder zugeordneter Einzelzylinderkopf
oder als mehreren oder allen Zylindern zugeordneter durchgehender
Zylinderkopf ausgebildet sein und beinhaltet neben den Gaswechselkanälen wenigstens
ein Einspritzventil sowie die Führungen
für die
Einlass- und Auslassventile. Zur weiteren Minimierung der Durchbiegung
der gekühlten
Platte während
der Zündvorgänge ist
der Zylinderkopf vorteilhaft so ausgebildet, dass er die gekühlte Platte
zumindest im Bereich ihres Zentrums druckbeaufschlagt. Um den Zylinderkopf
in vorteilhafter Weise möglichst
biegesteif zu gestalten sind die Kühlmittelräume unterteilende, zumindest
senkrecht zur Flachseite der gekühlten
Platte verlaufende Schottwände
vorgesehen, die insbesondere im Zentrum der gekühlten Platte auftretende Kräfte in die Zylinderkopfbefestigungen
im Kurbelgehäuse
ableiten. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen gekühlten Platte eröffnen sich
auch hinsichtlich des Zylinderkopfes Möglichkeiten der Materialwahl,
die bei herkömmlichen
Brennkraftmaschinen für
Nutzfahrzeuge aus Festigkeitsgründen
nicht bestanden, so sind für
den Zylinderkopf Leichtmetalllegierungen einsetzbar, die das Gewicht
in vorteilhafter Weise reduzieren und über wesentlich bessere Eigenschaften hinsichtlich
des Wärmetransportes
verfügen.
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Zur
Steuerung und Betätigung
der Gaswechselventile und der Einspritzventile ist ein sich über mehrere
Zylinder, bevorzugt über
alle Zylinder eines Reihenmotors oder über alle Zylinder einer Zylinderbank
eines V-Motors erstreckendes Steuer- und Betätigungsmodul vorgesehen, das
wenigstens eine Nockenwelle und die Betätigungseinrichtungen für die Gaswechselventile
enthält
und die Betätigungseinrichtungen
für die
Einspritzventile umschließt.
Das Steuer- und Betätigungsmodul
ist an den Schmiermittelkreislauf angeschlossen und weist einen
Gehäusedeckel
auf, über
den die Betätigungseinrichtungen
für die
Gaswechselventile und die Einspritzventile zugänglich sind. Auch hinsichtlich
des mittels lösbarer
Verbindungen am Zylinderkopf bzw. den Zylinderköpfen befestigten Steuer- und
Betätigungsmoduls
ergeben sich durch die vom Zylinderkopf losgelöste Konstruktion neue Möglichkeiten
bei der Materialwahl. Eine vollständige oder zumindest teilweise Ausführung in
Kunststoff erlaubt eine vorteilhafte Gewichtsreduzierung und vereinfacht
die Fertigung als Kunststoffspritzgussteil. In das Steuer- und Betätigungsmodul
kann in vorteilhafter Weise ein allen Brenn räumen bzw. allen Brennräumen einer
Zylinderbank gemeinsames Ladeluftrohr integriert sein.
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Beispiel
der erfindungsgemäßen Anordnung sind
nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:
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1 Ein
Brennraum einer Brennkraftmaschine in Teildarstellung, geschnitten
und schematisch dargestellt
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2 der
Brennraum aus 1 in Seitenansicht von außen
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2 der
Brennraum aus 1 in Draufsicht von außen
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4 einen
Schnitt durch den Brennraum entlang der Linie B-B
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5 einen
Schnitt durch die den Brennraum nach oben abschließende gekühlte Platte
entlang der Linie C-C
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6 eine
erste Detaildarstellung der Verbindung zwischen gekühlter Platte
und Buchse
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7 eine
zweite Detaildarstellung der Verbindung zwischen gekühlter Platte
und Buchse
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8 eine
dritte Detaildarstellung der Verbindung zwischen gekühlter Platte
und Buchse
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9 eine
Detaildarstellung einer Kühlmittelverbindung
zwischen Kurbelgehäuse
und gekühlter
Platte
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10 eine
zweite Detaildarstellung einer Kühlmittelverbindung
zwischen Kurbelgehäuse
und gekühlter
Platte
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11 eine
Detaildarstellung der Kühlmittelverbindung
zwischen Zylinderkopf und gekühlter Platte
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12 eine
Schnittdarstellung durch den Brennraum entlang der Linie D-D
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13 eine
Schnittdarstellung durch den Brennraum entlang der Linie E-E
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14 eine
Schnittdarstellung durch den Brennraum mit einer beschichteten ge
kühlten
Platte entlang der Linie F-F
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15 eine
Schnittdarstellung durch eine gekühlte Platte mit Schichtaufbau
entlang der Linie G-G
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16 eine
Schnittdarstellung durch eine gekühlte Platte mit Schichtaufbau
entlang der Linie H-H
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17 die
Darstellung des Brennraums aus 1 mit aufgesetztem
Steuerungs- und
Betätigungsmodul
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Die
Konzeption einer Brennkraftmaschine für hohe Zünddrücke geht von der Grundüberlegung aus,
dass die Abdichtung der Brennräume
funktional vom Zylinderkopf getrennt werden muß, um günstigere geometrische Verhältnisse
für die
Abdichtung zu schaffen und hinsichtlich der einsetzbaren Materialien
neue Möglichkeiten
zu eröffnen.
Es wird deshalb ein eigenständiges
Bauteil vorgeschlagen, das zwischen Brennraum und Zylinderkopf liegt
und dessen ausschließliche
Funktion darin besteht, den Brennraum zum Zylinderkopf hin abzuschließen und abzudichten.
Ein Brennraum der dem vorstehend aufgezeigten Konzept folgt, ist
in 1 schematisch in einem Schnittbild dargestellt,
der Verlauf der Schnittebene ist aus der 3 entnehmbar
und dort mit A-A bezeichnet.
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1 zeigt
einen Brennraum 1 einer selbstzündenden Brennkraftmaschine,
der aus einer Zylinderlaufbuchse 2, einem Kolben 3 und
einer gekühlten Platte 4 besteht.
Die Zylinderlaufbuchse 2 ist in bekannter Weise im Kurbelgehäuse 5 angeordnet
und im Bereich des Brennraumes 1 von Kühlmittel führende Räumen 6 zur Kühlung der
Brennraumwände
umgeben. Der Kolben 3 wirkt über ein Pleuel 7 auf
eine Kurbelwelle 8, die im Kurbelgehäuse 5 gelagert ist (nicht
dargestellt). Nach oben hin wird der Brennraum 1 durch
die gekühlte
Platte 4 abgeschlossen, die im wesentlichen den äußeren Durchmesser
eines am Zylinderkopfseitigen Ende der Zylinderlaufbuchse 2 angeordneten
Buchsenbundes 9 aufweist. An der gekühlten Platte 4 ist
zum Brennraum 1 hin ein zylinderförmiger Ansatz 10 angeordnet,
dessen Durchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 2 entspricht,
so dass die gekühlte Platte 4 den
zylinderkopfseitigen Rand der Zylinderlaufbuchse 2 winkelförmig umgreift.
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Im
Inneren der gekühlten
Platte 4 sind Kühlkanäle 11 angeordnet,
in denen ein Kühlmedium
zirkuliert. Die gekühlte
Platte 4 ist mit der Zylinderlaufbuchse 2 formschlüssig und
gasdicht verbunden. Weiterhin sind in der gekühlten Platte 4 Ventilsitze
(in 1 nicht sichtbar) angeordnet, die mit den Ventiltellern 12 der
Gaswechselventile 13 zusammenwirken. Die Kraftstoffzuführung erfolgt über eine Öffnung 20,
die die gekühlte
Platte 4 in ihrem Zentrum von der dem Brennraum 1 abgewandten
Seite in Richtung Brennraum 1 durchsetzt und in der ein
Einspritzventil (in 1 nicht dargestellt) angeordnet
ist. Die Anordnung des Einspritzventils in der Öffnung 20 ist so getroffen,
dass das Einspritzventil, ggf. unter Zwischenlage eines Dichtmittels,
den Brennraum gasdicht abschließt
und mit seiner Einspritzdüsenöffnung (nicht
dargestellt) in diesen hinein ragt. Gehalten ist die Einspritzdüse im Zylinderkopf 14,
der sich auf der dem Brennraum 1 abgewandten Seite an die gekühlte Platte 4 anschließt und diese
mit seiner der gekühlten
Platte 4 zugewandten Seite vollständig überdeckt bzw. über diese
hinausragt. Befestigt ist der Zylinderkopf 14 in konventioneller
Weise mittels Schrauben (nicht dargestellt), die den Zylinderkopf 14 in
Richtung Kurbelgehäuse 5 durchragen
und am Kurbelgehäuse 5 festlegen.
Im Zylinderkopf 14 sind in bekannter Weise die Gaskanäle (nicht
dargestellt) für
Ansaugluft bzw. die Verbrennungsgase, die Ventilführungen
(nicht dargestellt) für
die Ventilschäfte 15 der
Gaswechselventile 13 und ein Kühlmittelraum 16 zur
Kühlung
des Zylinderkopfes 14 bzw. seiner Einbauteile angeordnet.
Durch senkrecht zur gekühlten Platte 4 verlaufende
erste Schottwände 17 und
parallel zur gekühlten
Platte 4 verlaufende zweite Schottwände 18 wird der Raum
im Zylinderkopf 14 in eine zellulare Struktur unterteilt,
die einerseits durch Verbindungsbohrungen 21 eine gezielte
Kühlmittelführung ermöglicht und
andererseits, eine hohe Steifigkeit aufweist, die einer Durchbiegung
der gekühlten Platte 4 in
der Zündphase
entgegen wirkt.
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Eine
Außenansicht
der Zylinderlaufbuchse 2 mit aufgesetzter gekühlter Platte 4 zeigen 2 in Seitenansicht
und 3 in Draufsicht. Die gekühlte Platte 4 ist
mit dem Buchsenbund 9 mittels Schrauben 19 verschraubt,
und entspricht in ihrem Durchmesser dem Außendurch messer des Buchsenbundes 9.
Durch die Verbindung des Buchsenbundes 9 mit der gekühlten Platte 4 an
der Brennraumgrenze wird die mögliche
Durchbiegung der gekühlten
Platte 4 auf ein Minimum reduziert. In der gekühlten Platte 4 sind,
wie bereits zur 1 ausgeführt, die Gaswechselventile 13 und
die Öffnung 20 für das Einspritzventil
angeordnet.
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Einen
Schnitt durch den Brennraum entlang der Linie B-B (3)
zeigt 4. Auch in dieser Darstellung ist die gekühlte Platte 4 mit
dem Buchsenbund 9 der Zylinderlaufbuchse 2 mittels
der Schrauben 19 verschraubt. In der gekühlten Platte 4 verlaufen,
von Umfang der gekühlten
Platte 4 ausgehend, Kühlkanäle 11 auf
das Zentrum der gekühlten
Platte 4 zu. Der Verlauf der Kühlkanäle 11 in der gekühlten Platte 4 ist
beispielhaft in 5 dargestellt. Die 5 zeigt
dabei einen Schnitt entlang der Linie C-C in 2. Von gegenüber liegenden
Seiten des Umfanges der gekühlten
Platte 4 ausgehend verlaufen jeweils zwei Bohrungspaare
bildende Bohrungen 11.1, 11.2, 11.5, 11.6 aufeinander
zu, wobei jedes der Bohrungspaare ein „X" bildet, sich also die Bohrungen eines
Bohrungspaares schneiden. Die Anordnung der Bohrungspaare relativ
zur Anordnung der Öffnungen für die Gaswechselventile 13,
deren Mittelpunkte im wesentlichen die Eckpunkte eines Quadrates
bilden, ist dabei so getroffen, dass der Schnittpunkt jeweils eines
Bohrungspaares zwischen zwei benachbarten Öffnungen für die Gaswechselventile 13 liegt.
Die Bohrungen 11.1, 11.2, 11.5, 11.6 eines
jeden Bohrungspaares verlaufen von den jeweiligen Schnittpunkten
aus gesehen in Richtung auf das Zentrum der gekühlten Platte 4 zu
wieder auseinander und schneiden die Bohrungen des jeweils gegenüber liegenden
Bohrungspaares auf einer Linie durch den Mittelpunkt der gekühlten Platte 4.
Auf diese beiden Schnittpunkte der Bohrungspaare trifft jeweils
eine einzelne Bohrung 11.3, 11.4 die ebenfalls
vom Umfang der gekühlten
Platte ausgeht und um 90° versetzt
zu den X-förmigen Bohrungspaaren
zwischen zwei benachbarten Öffnungen
der Gaswechselventile 13 verläuft. Das sich so ausbildende
Netz verbundener Bohrungen 11.1-11.6 bildet die
Kühlkanäle 11 die,
wie weiter unten näher
ausgeführt
wird, auf unterschiedliche Weise mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine
verbunden sein können.
Durch den gewählten
Verlauf der Bohrungen 11.1-11.6 wird eine effiziente
Kühlung
der kritischen Bereiche zwischen den Öffnungen für die Gaswechselventile 13 und
zwischen diesen und der Öffnung 20 für das Einspritzventil
erreicht, so dass sogenannte Stegrisse sicher vermieden werden können.
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Die
vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 5 beschriebene
Verschraubung der Zylinderlaufbuchse 2 mit der gekühlten Platte 4 ist
in einer Detaildarstellung in 6 geschnitten
gezeigt. Die gekühlte
Platte 4 befindet sich, den Brennraum 1 in Richtung
auf den Zylin derkopf 14 (in 6 nicht
dargestellt) abschließend,
im Bereich des Buchsenbundes 9 auf der Zylinderlaufbuchse 2 und
umgreift die Innenkante des Buchsenbundes 9 winkelförmig. Durch
eine Durchgangsbohrung 22 wirkt die Schraube 19 mit
einem entsprechenden Gewinde 23 im Buchsenbund 9 zusammen
und legt die gekühlte Platte 4 am
Buchsenbund 9 fest. Zur Abdichtung des Brennraumes 1 kann
der Durchmesser des zylinderförmigen
Ansatzes 10 der gekühlten
Platte 4 in Verbindung mit dem Innendurchmesser der Zylinderlaufbuchse 2 so
ausgeführt
sein, dass sich eine Presspassung ergibt. Zusätzlich oder alternativ ist
es selbstverständlich
möglich,
zwischen Buchsenbund 9 und gekühlter Platte 4 ein
Dichtmittel vorzusehen. Hinsichtlich der verwendeten Schrauben 19 sind
unterschiedliche Gestaltungen des Schraubenkopfes denkbar, bei den
gezeigten Schrauben 19 mit überstehenden Schraubenkopf 19.1 sind
entsprechende Ausnehmungen im Zylinderkopf 14 (1)
vorzusehen. Werden hingegen Senkkopfschrauben verwendet, kann die
der gekühlten
Platte 4 benachbarte Seite des Zylinderkopfes 14 im
Bereich der Schrauben 19 glatt ausgeführt sein. Bevorzugt sind die
Schrauben 19 zueinander gleich beabstandet entlang des Umfanges
der gekühlten
Platte 4 bzw. des Buchsenbundes 9 angeordnet.
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Das
vorstehend in Verbindung mit den 1 bis 6 beschriebene
Beispiel eines Brennraumes für
hohe Zünddrücke bedient
sich einer Zylinderlaufbuchse 2 als Teil des Brennraumes,
dies ist selbstverständlich
nicht zwingend. Die in den Figuren gezeigten und vorstehend beschriebene
Anordnung kann selbstverständlich
auch ohne Zylinderlaufbuchse ausgeführt sein, der Brennraum ist
dann durch die Zylinderbohrung, die gekühlte Platte 4 und
den Kolben 3 gebildet. Bei den 1 bis 6 hat
man sich im Falle einer buchsenlosen Ausführung die mit 2 bezeichnete
Zylinderlaufbuchse und den mit 9 bezeichneten Buchsenbund
als integralen Bestandteil des Kurbelgehäuses 5 vorzustellen,
darüber
hinaus ändert
sich hinsichtlich Anordnung und Funktion nichts.
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Weitere
Möglichkeiten,
die gekühlte
Platte 4 mit dem Buchsenbund 9 der Zylinderlaufbuchse 2 zu verbinden
zeigen die Detaildarstellungen in den 7 und 8.
Gemäß der Schnittzeichnung
in 7 erfolgt die Verbindung der gekühlten Platte 4 mit
dem Buchsenbund 9 durch verschweißen. Dazu ist eine durchgehende
oder über
den Umfang mehrfach unterbrochene, z.B. punktförmige Schweißnaht 24 entlang
des äußeren Umfanges
des Stoßes
zwischen gekühlter
Platte 4 und Buchsenbund 9 vorgesehen. Eine punktförmige Schweißverbindung
minimiert dabei den Wärmeeintrag
und damit die Gefahr des Verzugs der Zylinderlaufbuchse 2.
Der zylinderförmige
Ansatz 10 der gekühlten
Platte 4 kann auch in diesem Beispiel zusammen mit dem
Innendurchmesser des Buchsenbundes 9 eine Presspassung ausbilden,
die im Falle einer unterbrochenen Schweißnaht die Abdichtung übernimmt.
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Die
Schnittdarstellung gemäß 8 zeigt eine
weitere Möglichkeit
die gekühlte
Platte 4 mit dem Buchsenbund 9 zu verschrauben,
dazu ist am zylinderförmigen
Ansatz 10 der gekühlten
Platte 4 ein Außengewinde 25 vorgesehen,
das mit einem Innengewinde 26 am zylinderkopfseitigen Rand
des Buchsenbundes 9 zusammenwirkt. Durch das Verschrauben
der gekühlten
Platte 4 mit dem Buchsenbund 9 über die
Schraubverbindung 25, 26 erfolgt die Verbindung
zwischen diesen Bauteilen an dem hinsichtlich der Minimierung möglicher
Durchbiegungen der gekühlten
Platte 4 günstigsten
geometrischen Ort, nämlich
unmittelbar an der Brennraumgrenze. Hinsichtlich der Abdichtung
des Brennraumes 1 wirkt die Schraubverbindung 25, 26 darüber hinaus
wie eine Labyrinthdichtung.
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Selbstverständlich sind
die vorstehend in Verbindung mit den 6 bis 8 beschriebenen Verbindungen
zwischen der gekühlten
Platte 4 und der Zylinderlaufbuchse nur Beispiele, es lassen
sich mit dem Fachmann verfügbaren
Mitteln viele unterschiedliche Verbindungen zwischen diesen beiden Bauteilen,
insbesondere aber auch zwischen der gekühlten Platte und dem Kurbelgehäuse, bei
einer Ausführung
des Brennraumes ohne Zylinderlaufbuchse, realisieren.
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In
Verbindung mit der Beschreibung der die Kühlkanäle 11 bildenden Bohrungen 11.1-11.6 wurde bereits
angesprochen, dass diese mit dem Kühlsystem der Brennkraftmaschine
verbunden sind. Diese Verbindung kann auf unterschiedliche Weise
erfolgen. Einige Möglichkeiten,
die Kühlkanäle 11 in
der gekühlten
Platte 4 mit Kühlmittel
zu speisen bzw. Kühlmittel
aus diesen abzuführen,
zeigen beispielhaft die Detaildarstellungen in den 9-11.
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Die
Schnittzeichnung in 9 zeigt dabei vereinfacht die
bereits bekannte Anordnung aus gekühlter Platte 4 und
Zylinderlaufbuchse 2. Die Zylinderlaufbuchse 2 befindet
sich in der Zylinderbohrung im Kurbelgehäuse 5, wobei zur Kühlung der
Wände des
Brennraumes 1 Kühlmittel
führende
Räume 6 zwischen
Kurbelgehäuse 5 und
Zylinderlaufbuchse 2 ausgebildet sind. Die gekühlte Platte 4 weist
eine einen Kühlkanal 11 ausbildende
Bohrung auf, die von der Umfangsseite 27 der gekühlten Platte 4 radial nach
innen läuft.
Zur Umfangsseite 27 hin ist der Kühlkanal 11 mittels
einer eingepressten Kugel 28 verschlossen. Die Anbindung
des Kühlkanales 11 an das
Kühlsystem
der Brennkraftmaschine ist durch eine Zuführungs bohrung 29 bewerkstelligt,
die den Buchsenbund 9 der Zylinderlaufbuchse 2 durchsetzt und
mit einer Anschlussbohrung 30 im auf dem Buchsenbund 9 aufliegenden
Randbereich der gekühlten Platte 4 fluchtet,
wobei die Anschlussbohrung 30 in den Kühlkanal 11 mündet. Selbstverständlich können gleichartige
Zuführungsbohrungen
und damit fluchtende Anschlussbohrungen an mehreren Stellen der gekühlten Platte 4 vorgesehen
sein und mit entsprechenden Kühlkanälen zusammenwirken,
um eine effiziente Kühlung
zu gewährleisten.
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Eine
weitere Möglichkeit,
aus dem Kurbelgehäuse 5 Kühlmittel
der gekühlten
Platte 4 zuzuführen zeigt,
schematisch in einer Schnittzeichnung, 10. Auch
hier ist die bereits beschriebene Anordnung aus Zylinderlaufbuchse 2 und
gekühlter
Platte 4 dargestellt. Umschlossen ist diese Anordnung einerseits
vom Kurbelgehäuse 5 und
andererseits dem auf dem Kurbelgehäuse 5 angeordneten
Zylinderkopf 14. Im Kurbelgehäuse 5 läuft ein
Verbindungskanal 31 von einem im Kurbelgehäuse 5 angeordneten Kühlmitteldurchgang 32 zu
der Trennlinie zwischen Zylinderkopf 14 und Kurbelgehäuse 5 und
geht dort in einen im Zylinderkopf 14 angeordneten Anschlusskanal 33 über, der
seinerseits über
eine Anschlussöffnung 34 in
den analog zum Beispiel nach 9 in der
gekühlten
Platte 4 angeordneten Kühlkanal 11 mündet. Zur
Abdichtung des Übergangs
zwischen Kurbelgehäuse 5 und
Zylinderkopf 14 einerseits und Zylinderkopf 14 und
gekühlter
Platte 4 andererseits sind Dichtmittel 35 vorgesehen.
Auch bei diesem Beispiel können
an mehreren Stellen gleichartige Kühlmittelzuführungen zur gekühlten Platte 4 vorgesehen sein.
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Die
Schnittzeichnung in 11 zeigt schließlich vereinfacht
dargestellt eine Kühlmittelversorgung
der gekühlten
Platte 4 vom Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine
aus. Die gezeigte Anordnung umfasst auch in diesem Fall eine Zylinderlaufbuchse 2 mit
der die gekühlte
Platte 4 auf eine der vorstehend beschriebenen Arten verbunden
ist. Die Kombination aus Zylinderlaufbuchse 2 und gekühlter Platte 4 lagert
in einer Zylinderbohrung im Kurbelgehäuse 5, derart, dass
die zylinderkopfseitige Flachseite der gekühlten Platte 4, mit
der dem Zylinderkopf 14 benachbarten Seite des Kurbelgehäuses 5 fluchtet.
Zur Kühlmittelversorgung
ist von dem im Zylinderkopf 14 angeordneten Kühlmittelraum 16 über eine auf
die gekühlte
Platte 4 zu laufende Verbindungsöffnung 36, die mit
einem Kühlmittelanschluss 37 in
der gekühlten
Platte 4 fluchtet, eine Verbindung zwischen dem Kühlmittelraum 16 und
dem Kühlkanal 11 in
der gekühlten
Platte 4 geschaffen. Der von der Umfangseite der gekühlten Platte 4 ausgehende,
in Form einer Bohrung ausgebildeten Kühlkanal 11 ist, ebenso
wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispielen, durch eine eingepresste
Kugel 28 nahe der Um fangseite verschlossen. Zur Abdichtung
der Verbindungsstelle zwischen Zylinderkopf 14 und gekühlter Platte 4 ist
rund um den Kühlmittelanschluss 37 ein
Dichtmittel 35 angeordnet. Wie bereits zu den Beispielen
nach den 9 und 10 ausgeführt, können auch
im Beispiel nach 11 mehrere gleichartige Verbindungen
zwischen dem Kühlmittelraum 16 im
Zylinderkopf 14 und Kühlkanälen 11 in der
gekühlten
Platte 4 vorgesehen sein.
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Für die vorstehend
beschriebenen Beispiele nach den 9-11 gilt
gemeinsam, dass selbstverständlich
die Kühlmittelabführung von
der gekühlten
Platte 4 zum Kurbelgehäuse 5 oder
zum Zylinderkopf 14 gleichartig zu den in den Beispielen
beschriebenen Kühlmittelzuführungen
ausgebildet sein können,
so dass auf eine gesonderte Darstellung der Kühlmittelabführungen verzichtet werden kann.
Weiterhin ist es natürlich
denkbar, verschiedene Arten der Kühlmittelzuführung bzw. der Kühlmittelabführung bei
der Kühlmittelversorgung
einer gekühlten Platte 4 in
Kombination zur Anwendung zu bringen, auch hier erübrigt sich
eine gesonderte Darstellung. Die vorstehend beschriebenen Prinzipien
der Kühlmittelversorgung
der gekühlten
Platte 4 eignen sich natürlich gleichermaßen für Brennkraftmaschinen
mit Zylinderlaufbuchsen und buchsenlosen Brennkraftmaschinen. Im
Falle von buchsenlosen Brennkraftmaschinen hat man sich in den Beispielen
nach den 9-11 die
dargestellte Zylinderlaufbuchse 2 lediglich als integralen
Bestandteil des Kurbelgehäuses 5 vorzustellen,
so dass auch hinsichtlich dieses Aspektes auf eine gesonderte Darstellung
und Beschreibung verzichtet werden kann.
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Eine
Anbindung der gekühlten
Platte 4 gemäß der Ausbildung
nach 5 an das Kühlsystem in
einer Anordnung nach 1 ist nachfolgend anhand der
Schnittzeichnungen in den 12 und 13 näher erläutert. Dabei
zeigt 12 einen Schnitt entlang der
Linie D-D (5) und 13 einen
Schnitt entlang der Linie E-E (5). Nachdem die
Anordnung vorstehend in Verbindung mit den 1 und 5 bereits
eingehend beschrieben ist, wird nachfolgend nur auf die Verbindung
zwischen dem Kühlmittelraum 16 im
Zylinderkopf 14 und den die Kühlkanäle 11 bildenden Bohrungen 11.1-11.6 eingegangen.
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12 zeigt,
ausgehend von einer ersten Kühlmittelkammer 16.1,
die Teil des Kühlmittelraumes 16 im
Zylinderkopf 14 ist, eine Zulaufhohrung 38, die
die erste Kühlmittelkammer 16.1 mit
der Bohrung 11.1 in der gekühlten Platte 4 verbindet.
Die Bohrung 11.1 die zur Schmalseite der gekühlten Platte 4 hin
durch eine Kugel 28 verschlossen ist, schneidet am Punkt
X die Bohrung 11.2 deren weiterer Verlauf bis zum Punkt
Y im Schnittbild dargestellt ist. Am Punkt Y schneidet die Bohrung 11.2 die
Bohrung 11.6 deren Verlauf in der rechten Hälfte der 12 gezeigt
ist. Die Bohrung 11.6 schneidet am Punkt Z die Bohrung 11.5 und
ist an der Schmalseite der gekühlten
Platte 4 mit einer in die Bohrung 11.6 eingepressten
Kugel 28 verschlossen. Über
eine Ablaufbohrung 39 ist eine Verbindung zwischen der
Bohrung 11.6 und einer zweiten Kühlmittelkammer 16.2 im
Zylinderkopf 14 hergestellt, die stromab zur ersten Kühlmittelkammer 16.1 liegt
und ebenfalls Teil des Kühlmittelraumes 16 ist.
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Einen
von der Darstellung in 12 in Teilen abweichenden in 5 mit
E-E bezeichneten Schnittverlauf zeigt 13. Nachdem
der Schnittverlauf mit dem Schnittverlauf in der 12 bis
zum Schnittpunkt Y identisch ist, wird hierzu auf die vorstehende Beschreibung
zu 12 verwiesen. An Punkt Y schneidet die Bohrung 11.2 sowohl
die Bohrung 11.6 als auch die Bohrung 11.3, deren
Verlauf in der rechten Hälfte
der 13 dargestellt ist. Die Bohrung 11.3 ist
ebenfalls nahe der Umfangseite mit einer Kugel 28 verschlossen.
Zur Abführung
des Kühlmittels aus
der gekühlten
Platte 4 ist eine weitere Ablaufbohrung 40 vorgesehen,
die die Bohrung 11.3 mit einer dritten Kühlmittelkammer 16.3 verbindet
die ebenfalls Teil des Kühlmittelraumes 16 ist
und stromab zur Kühlmittelkammer 16.1 liegt.
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Analog
zu der in Verbindung mit den 12 und 13 beschriebenen
Anbindung des Kühlmittelraumes 16 an
die Kühlkanäle 11 in
der gekühlten Platte 4 hat
man sich auch die Anbindung der übrigen in 5 dargestellten
Bohrungen 11.2, 11.4, 11.5 vorzustellen,
so dass hierzu auf eine explizite Darstellung verzichtet werden
kann, es ist lediglich anzumerken, dass die Bohrungen 11.1 und 11.2 Kühlmittelzuführungen
und die Bohrungen 11.3, 11.4, 11.5, 11.6 Kühlmittelabführungen
sind und demgemäß die Speisung
der Kühlmittelzuführungen
von Teilen des Kühlmittelraumes 16 im
Zylinderkopf 14 aus erfolgt, die stromauf zu den Teilen
des Kühlmittelraumes 16 liegen
in die die Kühlmittelabführungen
zurückgeführt sind.
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Hinsichtlich
der Auslegung der in Verbindung mit den 1, 5, 12, 13 beschriebenen Anordnung
ist anzumerken, dass die Verbindungen 21 zwischen den einzelnen
Teilen des Kühlmittelraumes 16 (1)
und die Verbindungen zwischen dem Kühlmittelraum 16 und
den Kühlkanälen 11 so
ausgelegt sind, dass sich eine entsprechend der Wärmebelastung
von gekühlter
Platte 4 und Zylinderkopf 14 gestaffelte Wärmeabfuhr
ergibt, dabei ist die Wärmebelastung
und damit auch die Wärmeabfuhr
an der Brennraumgrenze am größten und
nimmt mit zunehmendem Abstand zum Brennraum ab.
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Zu
dem vorstehend in Verbindung mit den 1, 5, 12, 13 beschriebenen
Beispiel ist weiter anzumerken, dass die Verbindung der gekühlten Platte 4 mit
dem Buchsenbund bzw. mit dem Kurbelgehäuse bei buchsenlosen Brennkraftmaschinen
bedingt, dass die Ventilsitze der Gaswechselventile 13 im
montierten Zustand dem Kurbelgehäuse 5 zugeordnet
sind, die Ventilführungen dagegen
im Zylinderkopf 14 liegen. Aus dieser Konstellation ergeben
sich erhöhte
Anforderungen an die Montagegenauigkeit des Zylinderkopfes 14 zum
Kurbelgehäuse 5.
Insbesondere sich addierende Fertigungstoleranzen führen dazu,
dass zumindest bei großvolumigen
Motoren für
Nutzfahrzeuge keine durchgehenden Zylinderköpfe eingesetzt werden sollten,
sondern solche die einen oder zwei Zylinder umfassen.
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Für die exakte
Montage des Zylinderkopfes relativ zu der gekühlten Platte 4 oder
den gekühlten Platten 4 wenn
der Zylinderkopf mehrere Zylinder umfasst, sind Passmaßnahmen,
wie z.B. Passstifte erforderlich.
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Hinsichtlich
der Materialwahl ergeben sich durch die Trennung der Brennraumabdichtung
vom Zylinderkopf völlig
neue Möglichkeiten.
Die gekühlte Platte 4 kann
aus einer hochfesten Metalllegierung z.B. hochfesten geschmiedeten
Stahl bestehen der für
konventionelle Zylinderköpfe
aus konstruktiven, fertigungstechnischen und finanziellen Gründen nicht eingesetzt
werden könnte.
Der Zylinderkopf dagegen ist wegen der gegenüber herkömmlichen Zylinderköpfen geringen
Beanspruchung aus einfacheren Materialien, wie z.B. Aluminium herstellbar,
die neben Kostenvorteilen auch Gewichtsvorteile mit sich bringen.
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Bei
geeigneter Materialwahl lassen sich die Ventilsitze für die Gaswechselventile 13 direkt
in die gekühlte
Platte einarbeiten, so dass auf das Einpressen von Ventilsitzringen
verzichtet werden kann. Dadurch entfallen bei einem heute gebräuchlichen
Vierventilmotor nicht nur pro Zylinder vier Bauteile, bei einem
6-Zylinder-Motor also 24 Bauteile, sondern es werden insbesondere
die durch das Einpressen der Ventilsitzringe in konventionellen
Zylinderköpfen
verursachten Spannungen vermieden. Diese Spannungen, die durch den
Wärmeeintrag
beim Verbrennungsvorgang noch verstärkt werden, tragen in erheblichen
Maß zum
Entstehen der bereits erwähnten Stegrisse
bei.
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Die
Trennung der Brennraumabdichtung vom Zylinderkopf ermöglicht bzw.
vereinfacht darüber
hinaus verschleißmindernde
und/oder wirkungsgraderhöhende
Maßnahmen
am Brennraumdach.
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Eine
solche Maßnahme
ist in 14 dargestellt, die in einer
Teildarstellung einen Schnitt entlang der Linie F-F in 3 zeigt.
Auch in dieser Darstellung ist von einer mit dem Buchsenbund 9 einer Zylinderlaufbuchse 2 verschraubten
gekühlten
Platte 4 ausgegangen, wobei Zylinderlaufbuchse 2 gekühlte Platte 4 und
Kolben 3 (1) den Brennraum 1 bilden.
Um einerseits den durch die Verbrennungsvorgänge bedingten Wärmeeintrag
in die gekühlte
Platte 4 zu vermindern und andererseits den durch die Schließvorgänge der
Ventilteller 12 an den Ventilsitzen 41 verursachten
Verschleiß zu
minimieren, ist vorgesehen, die dem Brennraum 1 abdeckende
Seite der gekühlten
Platte 4 mit einer keramischen Beschichtung 42 zu
versehen. Derartige keramische Beschichtungen sind auf unterschiedlichste
Weise aufbringbar, die dazu angewandten Methoden sind dem Fachmann
bekannt. Selbstverständlich
sind auch andere als keramische Beschichtungen denkbar.
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Um
unterschiedliche Materialeigenschaften in unterschiedlichen Ebenen
der gekühlten
Platte zu erzielen besteht, wie in 15 in
einer Teildarstellung entlang der Linie G-G (16) geschnitten
gezeigt, die Möglichkeit,
die gekühlte
Platte 4 aus Schichten aufzubauen. Es ist dabei ein erstes
Paket aus zwei Schichten 45 vorgesehen, wobei die zwei Schichten 45 aus
Metallplatten bestehen, die einen biegesteifen Verbund bilden und
sowohl Zuströmöffnungen 43 als
auch Abströmöffnungen 44 enthalten, über die
die Kühlflüssigkeit
vom Zylinderkopf 14 analog dem Beispiel nach 11 zuströmen bzw.
zu diesem abströmen
kann. An die zwei Schichten 45 schließt sich in Richtung Brennraum 1 eine
dritte Schicht 46 an, die Ausnehmungen 47 z.B.
in Form von Freistanzungen umfasst. Die Ausnehmungen 47 korrespondieren
mit den Zuführungsöffnungen 43 und
den Abführungsöffnungen 44 und
bilden die Kühlkanäle der gekühlten Platte 4.
In der Materialwahl der dritten Schicht 46 kann auf eine
gute Bearbeitbarkeit abgestellt sein, weil diese Schicht 46 wegen
der Ausnehmungen 47 ohnehin nicht viel zur Biegesteifigkeit
des Verbundes beitragen kann. Die in Richtung auf den Brennraum 1 vierte
Schicht 48 besteht ebenso wie die ersten beiden Schichten 45 aus einen
Material hoher Biegesteifigkeit, während die in Richtung Brennraum
fünfte
Schicht 49 eine große Härte und
eine geringe Wärmeleitfähigkeit
aufweist. In diese fünfte
Schicht 49 sind die Ventilsitze der Gaswechselventile (in 15 nicht
dargestellt) eingearbeitet. Die Verbindung der parallelen Platten 45, 46, 48, 49 untereinander
erfolgt im gezeigten Beispiel durch Schweißverbindungen 50 entlang
des Umfanges der parallelen Platten 45, 46, 48, 49,
es sind aber auch andere Möglichkeiten
denkbar, die parallelen Platten zu einem die gekühlte Platte bildenden Paket zusammenzufassen.
Die Ausbildung der gekühlten Platte
als einen Stapel paralleler Platten hat neben der Möglichkeit
bestimmte Materialeigenschaften in bestimmten Ebenen der gekühlten Platte
zu realisieren, den weiteren Vorteil, dass sich die Kühlmittelkanäle besonders
leicht, auch in komplizierten Formen und über mehrere Ebenen der gekühlten Platte
verteilt, z.B. durch einfaches Freistanzen erzeugen lassen. Ein
Beispiel mit aus der Schicht 46 freigestanzten Kühlmittelkanälen 11 zeigt 16 in
einem Schnitt durch die besagte Schicht 46 entlang der
Linie H-H (15). Wie in der Darstellung
erkennbar, sind die Kühlmittelkanäle 11 zu
Ventilöffnungen 51 gering
beabstandet im Bereich der Ventilstege 51.1 angeordnet
und optimieren die Kühlwirkung
in diesem Bereich. Neben dem vorstehend beschriebenen Freistanzen
der Kühlmittelkanäle können diese
auch reliefartig vertieft in die parallelen Platten eingearbeitet
sein.
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Wie
bereits vorstehend insbesondere in Verbindung mit 1 beschriebenen,
sind entweder ein durchgehender allen Brennräumen gemeinsamer oder mehrere
jeweils wenigstens einem Brennraum zugeordnete Zylinderköpfe vorgesehen,
wobei der Zylinderkopf bzw. die Zylinderköpfe lediglich die Gaswechselkanäle, die
Kühlkanäle, die
Führungen
für die
Gaswechselventile und die Aufnahme für die Einspritzventile beinhaltet.
Die bei konventionellen Motorkonstruktionen üblicherweise im Zylinderkopf
bzw. in den Zylinderköpfen
enthaltenen Steuerungs- und Betätigungsmechanismen
für die
Gaswechselventile sowie für
die Einspritzventile sind, wie in 17 in
einer Schnittzeichnung entlang der Linie A-A (2) dargestellt,
in einem Steuer- und Betätigungsmodul angeordnet,
das allen Brennräumen
gemeinsam ist. Nachdem sich die Darstellung in 17 von
der Darstellung in 1 nur durch das Steuerungs-
und Betätigungsmodul 52 unterscheidet,
das sich auf der dem Brennraum 1 abgewandten Seite des
Zylinderkopfes 14 an diesen anschließt, werden nachfolgend nur
diese abweichenden Teile der Darstellung beschrieben. Bezüglich der übrigen auch
in den Bezugszeichen mit der 1 identischen
Darstellungsteile wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
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Das
Steuerungs- und Betätigungsmodul 52 verfügt über einen
allen Brennräumen
und damit auch allen Zylinderköpfen 14 gemeinsamen
Träger 53 an
dem in einem wannenförmig
ausgebildeten Teilbereich 54 eine Nockenwelle 55 drehbar
gelagert ist. Der Antrieb der Nockenwelle 55 erfolgt in
konventioneller Weise durch eine über die Kurbelwelle 8 angetriebene,
in der Darstellung nicht gezeigte Getriebeanordnung, es kann sich
dabei um ein Zahnradgetriebe, eine Kette oder einen Zahnriemen handeln. Die
Nockenwelle 55 wirkt in bekannter Weise über ihre
Nocken 56 auf Rollenkipphebe 157, die drehbar auf
einer im gemeinsamen Träger 53 gelagerten
Achse 58 angeordnet sind, derart, dass die Nocken 56 der
Nockenwelle 55 die nockenseitigen Enden 57.1 der
Kipphebel 57 beaufschlagen. In Folge dieser Beaufschlagung
betätigen
die ventilseitigen Enden 57.2 der Rollenkipphebe 157 über Ventilbrücken 59 die Gaswechselventile 13 und öffnen bzw.
schließen
dadurch über
die Ventilteller 12 die Gaswechselkanäle (nicht dargestellt).
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Die
Versorgung der Brennräume
mit Kraftstoff erfolgt über
im Zylinderkopf 14 angeordnete Einspritzventile 60,
die über
Rohrverbindungen (nicht dargestellt) mit einer Einspritzanlage (nicht
dargestellt) verbunden sind. Bei der Einspritzanlage kann es sich
z.B. um ein Common Rail Einspritzsystem handeln. Die Betätigung der
Einspritzventile erfolgt über
eine elektronische Steuerung (nicht dargestellt) auf elektrischem
Wege, wie dies bei Common Rail Einspritzanlagen üblich ist. Zur Versorgung der Schmierstellen
ist eine zentrale Schmiermittelbohrung 61 vorgesehen, die
vom Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt)
mit Schmiermittel versorgt wird und ihrerseits mit den Schmierstellen
im Steuerungs- und
Betätigungsmodul 52 über Schmiermittelkanäle (nicht
dargestellt) direkt oder indirekt verbunden ist. Überschüssiges Schmiermittel
wird im gemeinsamen Träger 53 gesammelt
und über
eine Rückführleitung
(nicht dargestellt) in die Ölwanne
der Brennkraftmaschine (nicht darstellt) rückgeführt.
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Zur
Kapselung der am gemeinsamen Träger 53 angeordneten
Bauteile ist ein Deckel 62 vorgesehen, der mit dem gemeinsamen
Träger 53 verschraubt
ist und das Innere des Steuerungs- und Betätigungsmoduls 52 gegenüber der
umgebenden Atmosphäre
abschließt.
Die Befestigung des Deckels 62 am gemeinsamen Träger 53 erfolgt
mittels Schrauben (nicht dargestellt), der gemeinsame Träger 53 seinerseits
ist mittels Schrauben (nicht dargestellt) am Zylinderkopf 14 bzw.
an den Zylinderköpfen 14 festgelegt.
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Selbstverständlich ist
die vorstehende Beschreibung der Mechanismen zur Betätigung der Gaswechselventile
und der Einspritzventile nur beispielhaft zu verstehen. Bei der
Betätigungsanordnung
für die
Gaswechselventile kann es sich natürlich auch um eine elektronisch
gesteuerte Anordnung handeln, die die Gaswechselventile individuell über elektrisch
oder hydraulisch beaufschlagte Aktuatoren betätigt. Desgleichen ist das beschriebene
Common Rail Einspritzsystem nur eine mögliche Ausführung, es kann sich natürlich auch
um ein Pumpe-Düse-System
oder um ein Pumpe-Leitung-Düse-System
handeln.
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Auch
in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Steuerungs- und Betätigungsmodul
eröffnen
sich durch die Trennung vom Zylinderkopf neue Möglichkeiten in der Materialwahl.
Es ist beispielsweise denkbar, den gemeinsamen Träger 53 aus
Leichtmetall oder einen faserverstärkten Kunststoff als Spritzgussteil
herzustellen, was neben Gewichtsvorteilen auch eine erhebliche Fertigungsvereinfachung
mit sich bringt.
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Abhängig von
dem für
den gemeinsamen Träger
verwendeten Werkstoff bzw. das verwendete Fertigungsverfahren lassen
sich darüber
hinaus auch weitere Funktionsteile einstückig mit diesem ausführen. So
ist es denkbar, das Ladeluftrohr und/oder Kühlmittelrohre zur Anbindung
des Zylinderkopfes bzw. der Zylinderköpfe an das Kühlsystem
der Brennkraftmaschine in den gemeinsamen Träger zu integrieren.
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Das
vorstehend in Verbindung mit der 17 beschriebene
Steuerungs- und Betätigungsmodul 52 muss
natürlich
nicht unbedingt vom Zylinderkopf 14 getrennt sein, die
Funktionalität
des Steuerungs- und Betätigungsmoduls
kann natürlich
auch unter bestimmten Voraussetzungen in den Zylinderkopf integriert
sein. So wäre
bei einer unten liegenden Nockenwelle, also stößelbetätigten Kipphebeln und Einzelzylinderköpfen die
Integration der Betätigungsanordnung
für die
Gaswechselventile in die Zylinderköpfe von Vorteil, wie dies bei
derartigen Konstruktionen üblich
ist.
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Abweichend
von den vorstehend beschriebenen Beispiel sind zahlreiche Abwandlungen
und Ausgestaltungen denkbar, die vom grundlegenden Lösungsansatz
ausgehend mit dem Fachmann zugänglichem
Wissen ableitbar sind. Den vorstehend beschriebenen Anordnungen
kommt deshalb nur Beispielcharakter zu.