DE102006041519A1 - Method for connecting cylinder head with cylinder block, involves arranging seal between cylinder block and cylinder head, where bores are provided in cylinder head and in cylinder block - Google Patents

Method for connecting cylinder head with cylinder block, involves arranging seal between cylinder block and cylinder head, where bores are provided in cylinder head and in cylinder block Download PDF

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Abstract

The method involves arranging a seal between the cylinder block and the cylinder head. Bores (13a to 13j) are provided in the cylinder head and in the cylinder block. The cylinder block and the head are arranged with one another for the assembly such that the bores align with each other. The inner threaded bolts on one side and outer threaded bolts on other side are threaded differently in such that two cylinder bores (14a to 14d) are symmetrically loaded by the bolt forces in the threaded final assembly position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Zylinderkopfes mit einem Zylinderblock, der mindestens zwei Zylinderbohrungen aufweist, bei dem zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung, im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen werden, wobei zur Montage der Zylinderblock und der Zylinderkopf in der Weise zueinander angeordnet werden, daß die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks miteinander fluchten, und der Zylinderkopf und der Zylinderblock mittels Gewindebolzen miteinander verbunden werden, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden.The The invention relates to a method for connecting a cylinder head with a cylinder block having at least two cylinder bores, in which between the cylinder block and the cylinder head a seal, holes are provided in the cylinder head and in the cylinder block, being used for mounting the cylinder block and the cylinder head in the Way are arranged to each other, that the holes of the cylinder head and the cylinder block are aligned, and the cylinder head and the cylinder block are connected to each other by means of threaded bolts, which are inserted into the bores of the cylinder head and the cylinder block and be screwed.

Brennkraftmaschinen weisen zur Ausbildung von Brennräumen einen Zylinderblock und einen Zylinderkopf auf. Zum Verbinden dieser beiden Bauteile werden Verfahren der oben genannten Art eingesetzt. Der Zylinderkopf weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf.Internal combustion engines point to the formation of combustion chambers a cylinder block and a cylinder head. To connect this Both components method of the type mentioned above are used. The cylinder head has to accommodate the piston or the cylinder tubes a corresponding number of cylinder bores.

Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus. Folglich wird ein Brennraum jeweils von einem Kolben, einem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf mitbegrenzt und mitgestaltet. Zur Abdichtung der Brennräume wird zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung vorgesehen.The Pistons are guided axially movable in the cylinder tubes and form together with the cylinder tubes and the cylinder head the combustion chambers of the internal combustion engine. Consequently, a combustion chamber will be respectively mitbegrenzt of a piston, a cylinder tube and the cylinder head and shaped. To seal the combustion chambers is between the cylinder block and provided a seal to the cylinder head.

Der Kolben bildet – wie bereits ausgeführt – mit seinem Kolbenboden einen Teil der Brennrauminnenwand. Zudem dichtet der Kolben zusammen mit den Kolbenringen und dem Zylinderrohr den Brennraum gegen das Kurbelgehäuse ab, so daß einerseits keine Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse gelangen (Blow-by) und andererseits kein Öl direkt in den Brennraum gelangt. Zur Aufnahme von Kolbenringen ist der Kolben auf seiner äußeren Mantelfläche mit Ringnuten ausgestattet, wobei die Kolbenringe sich nahezu über den gesamten Umfang des Kolbens erstrecken.Of the Piston forms - like already done - with his Piston bottom part of the combustion chamber inner wall. In addition, the seals Piston together with the piston rings and the cylinder tube the combustion chamber against the crankcase so on the one hand no combustion gases enter the crankcase (blow-by) and on the other hand, no oil directly into the combustion chamber. To accommodate piston rings is the piston on its outer surface with Ring grooves equipped, the piston rings are almost on the extend the entire circumference of the piston.

Der Kolben dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben mittels einer Pleuelstange gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden. Die Gaskräfte, mit denen der Kolben beaufschlagt wird, werden auf diese Weise über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. Dadurch wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle transformiert.Of the Piston is used for transmission the gas forces generated by the combustion on the crankshaft. For this the piston is articulated by means of a connecting rod with the crankshaft connected. The gas forces, with which the piston is acted upon in this way on the Transfer the connecting rod to the crankshaft. This will be the oscillating movement of the piston in a rotary motion the crankshaft transformed.

Die Gaskräfte drücken den Kolben in Richtung Zylinderrohrlängsachse nach unten. Der Kolben versucht, den Gaskräften mit der nach unten gerichteten Bewegung auszuweichen, wobei er die mit ihm gelenkig verbundene Pleuelstange mitnimmt und die Kurbelwelle in Drehung versetzt.The gas forces to press down the piston in the direction of the cylinder tube longitudinal axis. The piston tries the gas forces with the downward movement avoid, where he the with him connecting rod connected and the crankshaft set in rotation.

Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur brennraumseitigen Aufnahme der Steuerorgane. Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen kann zudem die erforderliche Zündvorrichtung, bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen darüber hinaus die Einspritzeinrichtung im Zylinderkopf angeordnet werden.Of the Cylinder head is usually used to the combustion chamber side recording of the control organs. In spark-ignited internal combustion engines In addition, the required ignition device, in direct injection internal combustion engines beyond the injector be arranged in the cylinder head.

Verfügt die Brennkraftmaschine über eine Flüssigkeitskühlung, um die bei der Verbrennung durch die exotherme, chemische Umwandlung des Kraftstoffes freigesetzte Wärme abzuführen, werden in der Regel mehrere Kühlmittelkanäle im Zylinderkopf vorgesehen, die das Kühlmittel durch den Zylinderkopf hindurchführen. Die Kühlmittelkanäle schwachen den Zylinderkopf in seiner Festigkeit.Does the internal combustion engine via a liquid cooling to which when burned by the exothermic, chemical transformation the heat released by the fuel dissipate, are usually several coolant channels in the cylinder head provided the coolant pass through the cylinder head. The coolant channels weaken the cylinder head in its strength.

Grundsätzlich sind zur Ausbildung einer funktionsgerechten Verbindung von Zylinderkopf und Zylinderblock aber bestimmte Mindestkräfte notwendig, insbesondere zur Abdichtung des Brennraums, was zu konstruktiven Einschränkungen bei der Ausbildung des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks führt.Basically to form a functionally correct connection of cylinder head and cylinder block but certain minimum forces necessary, in particular for sealing the combustion chamber, causing design limitations in the formation of the cylinder head and the cylinder block leads.

1 zeigt in einer Draufsicht den Zylinderblock 11 eines Vier-Zylinder-Reihenmotors mit einer auf dem Zylinderblock 11 positionierten Dichtung 12 und zusammen mit den gewählten Koordinatensystemen, die jeweils in die Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d der vier Zylinder eingezeichnet sind. 1 shows in a plan view of the cylinder block 11 a four-cylinder in-line engine with one on the cylinder block 11 positioned seal 12 and along with the chosen coordinate systems, each in the cylinder bores 14a . 14b . 14c . 14d the four cylinders are located.

Die Zylinderlängsachsen stehen senkrecht auf der Zeichenebene und dienen jeweils als Ursprung für das gewählte Koordinatensystem einer Zylinderbohrung 14a, 14b, 14c, 14d. Die nicht dargestellten Bolzen zum Verbinden des Zylinderblocks 11 mit dem Zylinderkopf (nicht dargestellt) werden in die zehn Bohrungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j des Zylinderblocks 11 eingeführt und verschraubt, wodurch die Spannkraft in den Zylinderblock 11 und die Dichtung 12 eingeleitet wird.The cylinder longitudinal axes are perpendicular to the drawing plane and each serve as the origin for the selected coordinate system of a cylinder bore 14a . 14b . 14c . 14d , The bolts, not shown, for connecting the cylinder block 11 with the cylinder head (not shown) are in the ten holes 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j of the cylinder block 11 inserted and bolted, reducing the clamping force in the cylinder block 11 and the seal 12 is initiated.

Jeweils vier Bohrungen 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j sind regelmäßig um eine Zylinderbohrung 14a, 14b, 14c, 14d herum angeordnet, wobei die zwischen zwei Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d liegenden Bohrungen d. h. die innenliegenden Bohrungen 13b, 13c, 13d, 13g, 13h, 13i jeweils zwei Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d zuzuordnen sind.Four holes each 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j are regularly around a cylinder bore 14a . 14b . 14c . 14d arranged around, with the between two cylinder bores 14a . 14b . 14c . 14d lying holes ie the internal holes 13b . 13c . 13d . 13g . 13h . 13i two cylinder bores each 14a . 14b . 14c . 14d are assigned.

D. h. die Bolzenkräfte bzw. Spannkräfte der in diesen – innenliegenden – Bohrungen angeordneten Gewindebolzen verteilen sich jeweils auf die beiden benachbarten Zylinder bzw. Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d und zwar – vereinfachend angenommen – jeweils zur Hälfte. So verteilt sich beispielsweise die Spannkraft, die durch den in der innenliegenden Bohrung 13b angeordneten Gewindebolzen eingeleitet wird, auf die erste Zylinderbohrung 14a und die zweite Zylinderbohrung 14b.Ie. the bolt forces or clamping forces of the threaded bolts arranged in these internal bores are distributed in each case at the adjacent cylinder or cylinder bores 14a . 14b . 14c . 14d and - for simplicity's sake - half each. For example, distributes the clamping force, which by the in the inner bore 13b arranged threaded bolt is introduced, on the first cylinder bore 14a and the second cylinder bore 14b ,

Dahingegen können die Spannkräfte der in den außenliegenden Bohrungen 13a, 13e, 13f, 13j angeordneten Gewindebolzen d. h. der außenliegenden Bolzen einem einzigen konkreten Zylinder bzw. Zylinderrohr 14a, 14d zugeordnet werden. Die Spannkräfte der links in den beiden außenliegenden Bohrungen 13a, 13j angeordneten Gewindebolzen belasten ausschließlich das erste Zylinderrohr 14a, wohingegen die Spannkräfte der rechts in den beiden außenliegenden Bohrungen 13e, 13f angeordneten Gewindebolzen ausschließlich das vierte Zylinderrohr 14d belasten.On the other hand, the clamping forces in the outer bores 13a . 13e . 13f . 13j arranged threaded bolt ie the outer bolt a single concrete cylinder or cylinder tube 14a . 14d be assigned. The clamping forces of the left in the two outer holes 13a . 13j arranged threaded bolt exclusively load the first cylinder tube 14a whereas the tension forces the right in the two outboard holes 13e . 13f arranged threaded bolt exclusively the fourth cylinder tube 14d strain.

Nach dem Stand der Technik werden die zehn Gewindebolzen mit einer gleichgroßen Montagekraft verschraubt, so daß die mittels der Gewindebolzen in den Zylinderblock 11 und die Dichtung 12 eingeleiten Spannkräfte der einzelnen Bolzen gleich groß sind.According to the prior art, the ten threaded bolts are screwed with an equal mounting force, so that the means of the threaded bolt in the cylinder block 11 and the seal 12 introduced clamping forces of the individual bolts are the same size.

Aus den genannten Gründen werden die Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d im endmontierten Zustand unterschiedlich hoch belastet, wobei – vereinfachend – die außenliegenden Zylinderbohrungen 14a, 14d der vollen Spannkraft von insgesamt drei Bolzen und die innenliegenden Zylinderbohrungen 14b, 14c der vollen Spannkraft von insgesamt zwei Bolzen bzw. der halben Spannkraft von insgesamt vier Bolzen ausgesetzt sind.For the reasons mentioned, the cylinder bores 14a . 14b . 14c . 14d loaded differently high in the final assembled state, where - simplistic - the outer cylinder bores 14a . 14d the full clamping force of a total of three bolts and the internal cylinder bores 14b . 14c the full clamping force of a total of two bolts or half the clamping force of four bolts are exposed.

Dieses Belastungsmuster nicht nicht nur zu einer unterschiedlichen Belastung der einzelnen Zylinderbohrungen 14a, 14b, 14c, 14d, sondern – aufgrund der asymmetrischen Belastung der außenliegenden Zylinderrohre 14a, 14d – auch zu einer ungleichförmigen Belastungsverteilung im Bereich der außenliegenden Zylinderbohrungen 14a, 14d.This load pattern does not just cause a different load on the individual cylinder bores 14a . 14b . 14c . 14d , but - due to the asymmetric load of the outer cylinder tubes 14a . 14d - Also to a non-uniform load distribution in the area of the outer cylinder bores 14a . 14d ,

Die 2a, 2b, 2c und 2d zeigen am Beispiel des in 1 dargestellten und unbefeuerten Vier-Zylinder-Reihenmotors die Flächenpressungen pGASKET im Bereich der Zylinderkopfdichtung im verschraubten d. h. endmontierten Zustand von Zylinderkopf und Zylinderblock.The 2a . 2 B . 2c and 2d show the example of in 1 illustrated and unfired four-cylinder inline engine, the surface pressures p gasket in the cylinder head gasket in the bolted ie final assembled state of the cylinder head and cylinder block.

Dargestellt ist die Flächenpressung pGASKET entlang des gesamten Umfanges der Zylinderbohrung für alle vier Zylinder und zwar an zwei ausgewählten Stellen a und b der Dichtung, welche in 3, die eine Vergrößerung der in 1 kenntlich gemachten Einzelheit Y zeigt, definiert sind. Bei der Stelle a handelt es sich um die brennraumseitige Kante des Dichtungsstoppers, bei der Stelle b hingegen um die dichtungsseitige Kante des Dichtungsstoppers.Shown is the surface pressure p gasket along the entire circumference of the cylinder bore for all four cylinders, namely at two selected locations a and b of the seal, which in 3 , which is an enlargement of the 1 indicated item Y shows, are defined. At the point a is the combustion chamber side edge of the seal stopper, at the point b, however, to the sealing side edge of the seal stopper.

Dabei zeigt 2a den berechneten Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der ersten Zylinderbohrung d. h. für 0° < α < 360°. 2b zeigt dies für die zweite, 2c für die dritte und 2d für die vierte Zylinderbohrung. Die Gewindebolzen wurden gleichmäßig und gleich fest verschraubt, so daß die zehn Bolzen jeweils eine Bolzenkraft von 55.000 N aufweisen.It shows 2a the calculated pressure curve p (α) along the circumference of the first cylinder bore ie for 0 ° <α <360 °. 2 B shows this for the second, 2c for the third and 2d for the fourth cylinder bore. The threaded bolts were bolted evenly and equally, so that the ten bolts each have a bolt force of 55,000 N.

Wie den 2b und 2c entnommen werden kann, sind die Verläufe der Flächenpressungen der innenliegenden Zylinderbohrungen ähnlich, wobei keine ausgeprägten Druckspitzen auftreten, auch wenn der Druck p prinzipbedingt d. h. aufgrund der punktuellen Krafteinleitung nicht konstant über den gesamten Umfang sein kann bzw. ist. Die Flächenpressungen auf der Dichtungskante b des Dichtungsstoppers sind erwartungsgemäß größer als auf der Kante a.Like that 2 B and 2c can be taken, the curves of the surface pressures of the inner cylinder bores are similar, with no pronounced pressure peaks occur, even if the pressure p in principle, ie due to the selective application of force can not be constant over the entire circumference or is. The surface pressures on the sealing edge b of the sealing stopper are expected to be greater than on the edge a.

Hingegen weisen die Druckverläufe der außenliegenden Zylinderbohrungen ausgeprägte Druckspitzen auf die mit Großbuchstaben A, B kenntlich gemacht sind. Die auf den ersten Blick unterschiedlichen Verläufe sind sich ähnlich, wenn berücksichtigt wird, daß für beide Zylinderbohrungen ein ähnlich orientiertes Koordinatensystem verwendet wird, die erste Zylinderbohrung aber links außen durch zwei Bolzen und die vierte Zylinderbohrung rechts außen durch zwei Bolzen belastet wird (siehe auch 1).By contrast, the pressure curves of the outer cylinder bores have pronounced pressure peaks which are indicated by uppercase letters A, B. The different at first glance gradients are similar when it is taken into account that for both cylinder bores a similarly oriented coordinate system is used, the first cylinder bore but on the left outside by two bolts and the fourth cylinder bore is loaded on the right by two bolts (see also 1 ).

Die auffallend ungleichmäßige Flächenpressung entlang des Umfanges der ersten Zylinderbohrung bzw. der vierten Zylinderbohrung führt zu einer entsprechend ungleichförmigen, asymmetrischen Deformationen der beiden außenliegenden Zylinderbohrungen. Die außenliegenden Zylinderbohrungen werden nicht nur in Richtung ihrer Längsachse gestaucht, sondern in ihrer grundsätzlichen Gestalt verformt.The strikingly uneven surface pressure along the circumference of the first cylinder bore or the fourth Cylinder bore leads to a correspondingly non-uniform, asymmetric deformations of the two outer cylinder bores. The outside Cylinder bores are not only in the direction of their longitudinal axis compressed, but deformed in its basic shape.

Die asymmetrische Verformung der außenliegenden Zylinderbohrungen hat wesentliche Nachteile, auf die im Folgenden kurz eingegangen werden soll.The asymmetric deformation of the external Cylinder bores has significant disadvantages to the following briefly to be received.

Durch die Verformung wird beispielsweise die Reibung zwischen einem außenliegenden Zylinderrohr und einem in diesem Zylinderrohr oszillierenden Kolben spürbar erhöht, was einerseits die Reibleistung erhöht, wodurch sich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert, und andererseits zu einem erhöhten mechanischen Abrieb bzw. Verschleiß führt, wodurch die Haltbarkeit bzw. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine herabgesetzt wird.By the deformation, for example, the friction between an outer cylinder tube and an oscillating piston in this cylinder tube is noticeably increased, which on the one hand increases the friction, whereby the efficiency of the internal combustion engine deteriorates, and on the other hand leads to increased mechanical abrasion or wear, whereby the durability or reduced the life of the internal combustion engine becomes.

Die asymmetrische Deformation der außenliegenden Zylinderrohre kann auch zu unerwünschten Effekten bei der Geräuschentwicklung der Brennkraftmaschine führen, wobei insbesondere ein infolge Zylinderrohrverformung verringerter oder vergrößerter Zylinderrohrdurchmesser Einfluß hat bzw. nimmt auf das so genannte Kolbenkippen, dem Anlagewechsel des Kolbens an der Zylinderrohrinnenwand.The asymmetric deformation of the outer cylinder tubes can also be undesirable Effects on noise lead the internal combustion engine, in particular, a reduced due to cylinder tube deformation or enlarged cylinder tube diameter Has influence or takes on the so-called piston butt, the investment change of Piston on the cylinder tube inner wall.

Dies ist weniger problematisch hinsichtlich einer Zunahme der Gesamtgeräuschemission bzw. der einzuhaltenden Geräuschgrenzwerte, sondern vielmehr unter dem Aspekt, daß die Kaufentscheidung eines potentiellen Kunden beim Erwerb eines Fahrzeuges nicht unwesentlich vom Geräusch der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs mitbeeinflußt wird. Es steht dabei weniger die Geräuschminderung, als vielmehr das Geräuschdesign bzw. Sounddesign im Vordergrund der Betrachtungen.This is less problematic with regard to an increase in the overall noise emission or the noise limits to be respected, but rather under the aspect that the purchase decision of a Potential customers when buying a vehicle not insignificant from the noise the internal combustion engine or the vehicle is mitbeeinflußt. It is less the noise reduction, rather than the noise design or sound design in the foreground of the considerations.

Des weiteren führt die asymmetrische Deformation eines außenliegenden Zylinderrohres zu Problemen bzw. Nachteilen bei der Abdichtung des Brennraums gegenüber dem Kurbelgehäuse.Of further leads the asymmetric deformation of an outer cylinder tube to problems or disadvantages in the sealing of the combustion chamber over the Crankcase.

Die Anlage der auf der äußeren Mantelfläche des Kolbens angeordneten Kolbenringe an der Zylinderrohrinnenwand ist nicht mehr über den gesamten Umfang des Kolbens gewährleistet, so daß zunehmend Verbrennungsgase in das Kurbelgehäuse bzw. Öl in den Brennraum eindringen bzw. eindringt.The Attachment on the outer surface of the Piston is arranged piston rings on the cylinder tube inner wall not over ensures the entire circumference of the piston, so that increasingly Combustion gases penetrate into the crankcase or oil into the combustion chamber or penetrates.

Daneben ist – bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen – eine zunehmende Verdünnung bzw. Kontaminierung des Öls durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe zu beobachten. Ein mehr oder weniger großer Anteil des eingespritzten Kraftstoffes gelangt während der Einspritzung auf die Zylinderrohrinnenwand und mischt sich dort mit dem anhaftenden Ölfilm. Anschließend gelangt der Kraftstoff zusammen mit dem Öl und dem Blow-by Gas in das Kurbelgehäuse und trägt so maßgeblich zur Ölverdünnung bei. Die Ölverdünnung nimmt bei einem außenliegenden Zylinderrohr infolge der asymmetrischen Verformung zu. Durch die Veränderung der Schmierstoffeigenschaften des Öls hat die Ölverdünnung maßgeblich Einfluß auf den Verschleiß und die Haltbarkeit d. h. die Lebensdauer der Brennkraftmaschine.Besides is - at direct injection internal combustion engines - an increasing dilution or Contamination of the oil to observe by unburned hydrocarbons. One more or less big Proportion of injected fuel arrives during injection the cylinder tube inner wall and mixes there with the adhering oil film. Then arrives the fuel together with the oil and the blow-by gas in the crankcase and thus contributes significantly to the oil dilution. The oil dilution decreases at an outside Cylinder tube due to the asymmetric deformation too. By the change the lubricant properties of the oil, the oil dilution has a significant influence on the Wear and tear the durability d. H. the life of the internal combustion engine.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigt werden.In front In this background, it is the object of the present invention a method according to the preamble of claim 1 show, with that of the prior art known disadvantages are eliminated.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Verbinden eines Zylinderkopfes mit einem Zylinderblock, der mindestens zwei Zylinderbohrungen aufweist, bei dem zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung, im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen werden, wobei zur Montage der Zylinderblock und der Zylinderkopf in der Weise zueinander angeordnet werden, daß die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks miteinander fluchten, und der Zylinderkopf und der Zylinderblock mittels Gewindebolzen miteinander verbunden werden, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß

  • – innenliegende Gewindebolzen einerseits und außenliegende Gewindebolzen andererseits unterschiedlich fest verschraubt werden in der Art, daß die mindestens zwei Zylinderbohrungen des Zylinderblocks im verschraubten d. h. endmontierten Zustand im wesentlichen symmetrisch durch die Bolzenkräfte belastet werden.
This object is achieved by a method for connecting a cylinder head with a cylinder block, which has at least two cylinder bores, in which between the cylinder block and the cylinder head, a seal in the cylinder head and cylinder block holes are provided, for mounting the cylinder block and the cylinder head in the manner in which the holes of the cylinder head and the cylinder block are aligned with each other, and the cylinder head and the cylinder block are connected by means of threaded bolts, which are inserted and screwed into the bores of the cylinder head and the cylinder block, and which is characterized in that
  • - Inboard threaded bolts on the one hand and external threaded bolts on the other hand are screwed firmly different in the way that the at least two cylinder bores of the cylinder block in the screwed ie final assembled state are loaded substantially symmetrically by the bolt forces.

Dadurch, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche Zylinderbohrungen in der Summe von einer gleichgroßen Gesamtbolzenkraft und darüber hinaus auch symmetrisch belastet werden, indem die außenliegenden Bolzen weniger fest angezogen werden als die innenliegenden Bolzen, können sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Probleme beseitigt werden.Thereby, that according to the inventive method all Cylinder bores in the sum of an equal total bolt force and about that Be also loaded symmetrically by the outboard Bolt less tightened than the inner bolt, all can Problems known from the prior art are eliminated.

Weitere vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.Further advantageous variants of the method according to the invention are related with the dependent claims discussed.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bohrungen im Zylinderkopf als Gewindebohrungen ausgeführt werden. Dann müssen aber die Bohrungen des Zylinderblocks Durchgangsbohrungen sein. Diese Verschraubungsvariante des Zylinderkopfes mit dem Zylinderblock hat den Vorteil, daß die Anordnung der Nockenwelle und der Ventile im Zylinderkopf nicht durch die Verschraubungen behindert bzw. beeinträchtigt wird. Bei dieser Variante weist jede Bohrung des Zylinderkopfes das zum Gewindebolzen korrespondierende Gewinde auf, weshalb auf zusätzliche Verbindungselemente, insbesondere Mutter, verzichtet werden kann. Die Bolzen werden dabei von unten durch die Bohrungen des Zylinderblocks hindurch eingeführt und im Zylinderkopf verschraubt.Advantageous are embodiments the process in which the holes in the cylinder head as threaded holes accomplished become. Then you have to but the holes in the cylinder block have to be through holes. This screw variant of the cylinder head with the cylinder block has the advantage that the Arrangement of the camshaft and the valves in the cylinder head not is hindered or impaired by the screwing. In this variant each bore of the cylinder head has the corresponding to the threaded bolt Thread on, which is why on additional Connecting elements, in particular nut, can be dispensed with. The bolts are doing from below through the holes in the cylinder block introduced through and bolted in the cylinder head.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bohrungen im Zylinderkopf als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen des Zylinderkopfs hindurchgeführt und verschraubt werden.Advantageous are also embodiments the method in which the holes in the cylinder head as through holes accomplished be and the threaded bolt through these through holes of the Cylinder head passed and bolted.

Die Ausführung der Bohrungen im Zylinderkopf als Durchgangsbohrungen gestattet das Einführen der Gewindebolzen von oben, wodurch die Zugänglichkeit der Verbindung bzw. der Verschraubung und damit die Montage von Zylinderkopf und Zylinderblock vereinfacht werden.The execution of the holes in the cylinder head as through holes allows the insertion of the threaded bolt from above, whereby the accessibility of the connection or the screw connection and thus the assembly of the cylinder head and cylinder block are simplified.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bohrungen im Zylinderblock als Gewindebohrungen ausgeführt werden. Bei dieser Variante weist jede Bohrung im Zylinderblock das zum Gewindebolzen korrespondierende Gewinde auf, weshalb auf zusätzliche Verbindungselemente, insbesondere Mutter, verzichtet werden kann. Diese Variante ermöglicht zudem den Einsatz von vergleichsweise kurzen Gewindebolzen, insbesondere im Vergleich zu den Gewindebolzen, die bei der folgenden Variante erforderlich sind.Advantageous are embodiments the process in which the holes in the cylinder block as threaded holes accomplished become. In this variant, each hole in the cylinder block the thread corresponding to the threaded bolt, which is why additional Connecting elements, in particular nut, can be dispensed with. This variant allows In addition, the use of relatively short threaded bolt, in particular in Comparison to the threaded bolts required in the following variant are.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bohrungen im Zylinderblock als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen des Zylinderblocks hindurchgeführt und verschraubt werden.Advantageous are embodiments the method in which the holes in the cylinder block as through holes accomplished be and the threaded bolt through these through holes of the Cylinder block passed and bolted.

Bei dieser Verfahrensvariante wird sowohl der Zylinderblock der Brennkraftmaschine als auch die Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und den Verbindungselementen, mit denen die Gewindebolzen verschraubt werden, eingespannt. Hierzu werden die Bohrungen des Zylinderblocks als Durchgangsbohrungen ausgeführt. Der Zylinderblock wird dadurch in vorteilhafter Weise symmetrisch belastet.at This variant of the method is both the cylinder block of the internal combustion engine as well as the cylinder head gasket between the cylinder head and the fasteners to which the threaded bolt bolted be clamped. For this purpose, the holes of the cylinder block designed as through holes. The cylinder block is thereby advantageously symmetrical loaded.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Zylinderblock auf der dem Zylinderkopf abgewandten Seite mit einem Träger zur Aufnahme einer Kurbelwelle verbunden wird, wozu Bohrungen im Träger vorgesehen werden. Bei dieser Verfahrensvariante werden die Gewindebolzen, welche zum Verbinden bzw. Verschrauben von Zylinderkopf und Zylinderblock vorgesehen sind, gleichzeitig zum Befestigen eines Kurbelwellenträgers verwendet. Die Anzahl der insgesamt erforderlichen Befestigungsmittel kann dadurch reduziert werden.Advantageous are embodiments of the Process in which the cylinder block on the cylinder head opposite side with a support is connected to receive a crankshaft, including holes in the carrier be provided. In this process variant, the threaded bolts, which for connecting or screwing the cylinder head and cylinder block are provided, simultaneously used for attaching a crankshaft carrier. The number of total required fasteners can be reduced.

Die im Träger vorgesehenen Bohrungen können als Gewindebohrungen ausgeführt werden, was die bereits mehrfach erwähnten Vorteile mit sich bringt.The in the carrier provided holes can designed as threaded holes become, which brings the already several mentioned advantages with itself.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Bohrungen im Träger als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen hindurchgeführt und verschraubt werden.Advantageous but are also embodiments the process in which the holes in the carrier as through holes accomplished be and passed through the threaded bolts through these through holes and be screwed.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Verfahrensvariante gemäß den 1 bis 4d näher beschrieben. Hierbei zeigt:In the following the invention with reference to a variant of the method according to the 1 to 4d described in more detail. Hereby shows:

1 in einer Draufsicht einen Zylinderblock eines Vier-Zylinder-Reihenmotors mit einer auf dem Zylinderblock positionierten Dichtung, 1 in a plan view of a cylinder block of a four-cylinder in-line engine with a seal positioned on the cylinder block,

2a den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der ersten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung eines herkömmlichen Montageverfahrens – endmontierten Zustand, 2a the pressure curve p (α) along the circumference of the first cylinder bore of in 1 illustrated cylinder block in - using a conventional assembly process - final assembled state,

2b den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der zweiten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung eines herkömmlichen Montageverfahrens – endmontierten Zustand, 2 B the pressure curve p (α) along the circumference of the second cylinder bore of the in 1 illustrated cylinder block in - using a conventional assembly process - final assembled state,

2c den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der dritten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung eines herkömmlichen Montageverfahrens – endmontierten Zustand, 2c the pressure curve p (α) along the circumference of the third cylinder bore of the in 1 illustrated cylinder block in - using a conventional assembly process - final assembled state,

2d den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der vierten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung eines herkömmlichen Montageverfahrens – endmontierten Zustand, 2d the pressure curve p (α) along the circumference of the fourth cylinder bore of in 1 illustrated cylinder block in - using a conventional assembly process - final assembled state,

3 die in 1 kenntlich gemachte Einzelheit Y der Dichtung, 3 in the 1 marked detail Y of the seal,

4a den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der ersten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung einer ersten Verfahrensvariante – endmontierten Zustand, 4a the pressure curve p (α) along the circumference of the first cylinder bore of in 1 illustrated cylinder block in - using a first method variant - final assembled state,

4b den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der zweiten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung einer ersten Verfahrensvariante – endmontierten Zustand, 4b the pressure curve p (α) along the circumference of the second cylinder bore of the in 1 illustrated cylinder block in - using a first method variant - final assembled state,

4c den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der dritten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung einer ersten Verfahrensvariante – endmontierten Zustand, und 4c the pressure curve p (α) along the circumference of the third cylinder bore of the in 1 shown cylinder block in - using a first process variant - final assembled state, and

4d den Druckverlauf p(α) entlang des Umfanges der vierten Zylinderbohrung des in 1 dargestellten Zylinderblocks im – unter Anwendung einer ersten Verfahrensvariante – endmontierten Zustand. 4d the pressure curve p (α) along the circumference of the fourth cylinder bore of in 1 illustrated cylinder block in - using a first process variant - final assembled state.

Die 1 bis 3 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung in Zusammenhang mit dem Stand der Technik ausführlich erörtert, weshalb an dieser Stelle keine weiteren Ausführungen gemacht werden. Es wird aber Bezug genommen auf die Beschreibung dieser Figuren.The 1 to 3 were already in the introduction to the description in connection with the The prior art discussed in detail, which is why at this point no further comments are made. However, reference is made to the description of these figures.

Den in den 4a bis 4d dargestellten Druckverläufen liegt der in 1 dargestellte Vier-Zylinder-Reihenmotor zugrunde. Es wird daher auf die 1 und 3 Bezug genommen.The in the 4a to 4d shown pressure curves is the in 1 illustrated four-cylinder inline engine based. It will therefore be on the 1 and 3 Referenced.

Wie den 4b und 4c zu entnehmen ist, hat das erfindungsgemäße Verbindungs- bzw. Montageverfahren – erwartungsgemäß – keinen sichtbaren bzw. spürbaren Einfluß auf die zweite und dritte Zylinderbohrung bzw. auf die Druckverlaufe dieser beiden Zylinderbohrungen. Die innenliegenden Zylinderbohrungen werden ähnlich belastet wie aus dem Stand der Technik bekannt (siehe auch 2b und 2c)Like that 4b and 4c can be seen, the connection or assembly method according to the invention - as expected - no visible or noticeable effect on the second and third cylinder bore and on the pressure curves of these two cylinder bores. The internal cylinder bores are similarly loaded as known from the prior art (see also 2 B and 2c )

Hingegen ergibt sich für die außenliegenden Zylinderbohrungen, nämlich die erste und vierte Zylinderbohrung, ein wesentlich verbessertes Belastungsmuster, wie den 4a und 4d zu entnehmen ist.On the other hand results for the outer cylinder bores, namely the first and fourth cylinder bore, a significantly improved load pattern, such as 4a and 4d can be seen.

Die Druckverläufe weisen nicht die für außenliegende Zylinderbohrungen aus dem Stand der Technik bekannten, ausgeprägten Druckspitzen auf (siehe auch 2a und 2d). Vielmehr gleichen die Druckverläufe der außenliegenden Zylinderbohrungen den Druckverläufen der innenliegenden Zylinderbohrungen, wie ein Vergleich der 4a und 4d mit den beiden 4b und 4c deutlich erkennen läßt.The pressure curves do not have the known for external cylinder bores from the prior art, pronounced pressure peaks (see also 2a and 2d ). Rather, the pressure curves of the outer cylinder bores are similar to the pressure curves of the inner cylinder bores, as a comparison of 4a and 4d with the two 4b and 4c clearly indicates.

1111
Zylinderblockcylinder block
1212
Dichtungpoetry
13a13a
Bohrungdrilling
13b13b
Bohrungdrilling
13c13c
Bohrungdrilling
13d13d
Bohrungdrilling
13e13e
Bohrungdrilling
13f13f
Bohrungdrilling
13g13g
Bohrungdrilling
13i13i
Bohrungdrilling
13j13j
Bohrungdrilling
14a14a
Zylinderbohrungbore
14b14b
Zylinderbohrungbore
14c14c
Zylinderbohrungbore
14d14d
Zylinderbohrungbore
αα
Koordinate des gewählten Koordinatensystemscoordinate of the chosen coordinate system
pGASKET p GASKET
Flächenpressungen im Bereich der Zylinderkopfdichtungsurface pressures in the area of the cylinder head gasket

Claims (7)

Verfahren zum Verbinden eines Zylinderkopfes mit einem Zylinderblock (11), der mindestens zwei Zylinderbohrungen (14a, 14b, 14c, 14d) aufweist, bei dem zwischen dem Zylinderblock (11) und dem Zylinderkopf eine Dichtung (12) und im Zylinderkopf und im Zylinderblock (11) Bohrungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j) vorgesehen werden, wobei zur Montage der Zylinderblock (11) und der Zylinderkopf in der Weise zueinander angeordnet werden, daß die Bohrungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j) des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks (11) miteinander fluchten, und der Zylinderkopf und der Zylinderblock (11) mittels Gewindebolzen miteinander verbunden werden, die in die Bohrungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j) des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks (11) eingeführt und verschraubt werden, dadurch gekennzeichnet, daß – innenliegende Gewindebolzen einerseits und außenliegende Gewindebolzen andererseits unterschiedlich fest verschraubt werden in der Art, daß die mindestens zwei Zylinderbohrungen (14a, 14b, 14c, 14d) des Zylinderblocks (11) im verschraubten d. h. endmontierten Zustand im wesentlichen symmetrisch durch die Bolzenkräfte belastet werden.Method for connecting a cylinder head to a cylinder block ( 11 ), which has at least two cylinder bores ( 14a . 14b . 14c . 14d ), in which between the cylinder block ( 11 ) and the cylinder head a seal ( 12 ) and in the cylinder head and cylinder block ( 11 ) Drilling ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j ) are provided, wherein for mounting the cylinder block ( 11 ) and the cylinder head are arranged in such a way to each other that the holes ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j ) of the cylinder head and the cylinder block ( 11 ), and the cylinder head and the cylinder block ( 11 ) are connected by means of threaded bolts, which in the holes ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j ) of the cylinder head and the cylinder block ( 11 ) are introduced and screwed, characterized in that - the inside threaded bolt on the one hand and external threaded bolt on the other hand are screwed firmly different in the way that the at least two cylinder bores ( 14a . 14b . 14c . 14d ) of the cylinder block ( 11 ) are loaded in the screwed ie final assembled state substantially symmetrically by the bolt forces. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Zylinderkopf als Gewindebohrungen ausgeführt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the Holes in the cylinder head are designed as tapped holes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Zylinderkopf als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen des Zylinderkopfs hindurchgeführt und verschraubt werden.Method according to claim 1, characterized in that that the Holes in the cylinder head are designed as through holes and the threaded bolts through these through-holes of the cylinder head passed and bolted. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j) im Zylinderblock (11) als Gewindebohrungen ausgeführt werden.Method according to claim 1 or 3, characterized in that the bores ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j ) in the cylinder block ( 11 ) are designed as threaded holes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f, 13g, 13h, 13i, 13j) im Zylinderblock (11) als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen des Zylinderblocks (11) hindurchgeführt und verschraubt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bores ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f . 13g . 13h . 13i . 13j ) in the cylinder block ( 11 ) are executed as through holes and the threaded bolts through these through holes of the cylinder block ( 11 ) and screwed. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (11) auf der dem Zylinderkopf abgewandten Seite mit einem Träger zur Aufnahme einer Kurbelwelle verbunden wird, wozu Bohrungen im Träger vorgesehen werden.Method according to claim 5, characterized in that the cylinder block ( 11 ) is connected on the side facing away from the cylinder head with a support for receiving a crankshaft, including holes are provided in the carrier. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen im Träger als Durchgangsbohrungen ausgeführt werden und die Gewindebolzen durch diese Durchgangsbohrungen hindurchgeführt und verschraubt werden.A method according to claim 6, characterized in that the holes in the carrier as through Be performed gear bores and the threaded bolts are passed through these through holes and bolted.
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CN114485151A (en) * 2022-02-08 2022-05-13 淮北众城水泥有限责任公司 Rotary cement kiln sealing system

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