DE102007053371A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
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Abstract

Der Zylinderkopf (1) ist für eine Brennkraftmaschine bestimmt. Er hat eine einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandte brennraumseitige Zylinderkopfoberfläche (2), die einen Randteilbereich (7) zur Auflage auf einem den Brennraum seitlich umgebenden Gehäuse sowie einen von dem Randteilbereich (7) umgebenen Brennraumteilbereich (8) aufweist. Der Brennraumteilbereich (8) umfasst eine Vorwölbungszone (11), die sich mit abnehmendem Abstand von einer zentralen Längsachse (3) des Brennraums weiter in den Brennraum hinein erstreckt. Alle unmittelbar an den Brennraum angrenzenden Teilflächen (14, 15) des Brennraumteilbereichs (8) sind zumindest außerhalb einer Übergangszone (10) des Brennraumteilbereichs (8) zu dem Randteilbereich (7) eben oder in den Brennraum vorgewölbt ausgebildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche, wobei die brennraumseitige Zylinderkopfoberfläche einen Randteilbereich zur Auflage auf einen den Brennraum seitlich umgebenden Gehäuse sowie einen von dem Randteilbereich umgebenen Brennraumteilbereich aufweist.
  • Ein derartiger Zylinderkopf unterliegt insbesondere in seinem unmittelbar an den Brennraum angrenzenden Brennraumteilbereich, der auch als Feuerdeck bezeichnet wird, hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen. Diese Belastung ist im Bereich der Stege zwischen den Kanälen der Ein- bzw. Auslassventile am größten. Innerhalb des Zylinderkopfs kommt es zu einer sehr ungleichmäßigen Erwärmung. Die Stege werden sehr heiß, wohingegen der Randteilbereich demgegenüber deutlich kälter bleibt. Dadurch treten in dem Stegbereich große Druckspannungen auf, die zu Materialstauchungen bis in den plastischen Bereich führen können. Bei einer nachfolgenden Abkühlung des Zylinderkopfs bewirken die Materialstauchungen ebenfalls im Fließbereich liegende Zugspannungen. Dieses Wechselspiel führt zu einer thermomechanischen Ermüdung (= TMF) des Materials und z. B. zu einer Rissbildung, wodurch sich die Lebensdauer des Zylinderkopfs verkürzt.
  • Um den thermomechanischen Belastungen entgegenzuwirken, sind bereits verschiedene konstruktive Maßnahmen am Zylinderkopf vorgeschlagen worden. So wird in der DE 28 16 923 C2 beispielsweise ein im Stegbereich angebrachtes Wärmehitzeschild beschrieben. Gemäß der DE 27 11 136 C2 hat der Zylinderkopf einen auch in den Stegbereich hineinreichenden Einsatz aus einem anderen Material. In der DE 37 23 469 A1 und der DE 37 28 530 A1 werden jeweils schlitzförmige und mit einem anderen Material befüllte Längsnuten in den Stegbereichen beschrieben. Zur Vermeidung von Kerbwirkungen ist der Nutgrund insbesondere abgerundet, also konkav, ausgebildet.
  • Auch um andere Eigenschaften der Brennkraftmaschine zu verbessern, sind im Brennraumteilbereich des Zylinderkopfs besondere konstruktive Maßnahmen vorgeschlagen worden. Zur Konzentration der Explosionskraft am Kolbenzentrum ist aus der EP 0 105 986 A1 eine konvex in den Brennraum vorgewölbte Oberfläche des Zylinderkopfs bekannt, wobei die Zündkerze in einer konkaven Ausnehmung angeordnet ist.
  • Zur möglichst vollständigen Verbrennung und zur Verringerung der Schadstoffemission wird in der DE 2 321 577 ein Zylinderkopf mit einer am seitlichen, d. h. am in Umfangsrichtung verlaufenden, Rand des Brennraumteilbereichs umlaufenden konkaven Ausnehmung beschrieben. Mit demselben Ziel wird gemäß der DE 44 27 465 C2 das Kraftstoffgasgemisch in besonderer Weise verwirbelt. Außerdem ist der Verbrennungsraum weitestgehend ausgerundet und wellenförmig ausgebildet. Der Ventilsitz hat konkave Seitenwände.
  • Zur Vermeidung von Selbstentzündungen des Kraftstoffgasgemischs ist der in der DE 2 308 700 beschriebene Brennraum zweigeteilt ausgeführt. Er umfasst eine in einem kegelstumpfförmig vorspringenden Teil des Zylinderkopfs angeordnete Vorbrennkammer, deren Trennwand zu dem eigentlichen Brennraum eine konkave Innenoberfläche hat.
  • Bei diesen bekannten Zylinderkopf-Ausflihrungsformen kann es in den während des Betriebs besonders heißen Zonen zu plastischen Materialverformungen und als Folge davon zu einer thermomechanischen Ermüdung kommen. Dadurch wird die Lebensdauer dieser Zylinderköpfe begrenzt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Zylinderkopf der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der eine hohe Lebensdauer aufweist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Zylinderkopf entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. Bei dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf umfasst der Brennraumteilbereich eine Vorwölbungszone, die sich mit abnehmendem Abstand von einer zentralen Längsachse des Brennraums weiter in den Brennraum hinein erstreckt. Alle unmittelbar an den Brennraum angrenzenden Teilflächen des Brennraumteilbereichs sind zumindest außerhalb einer Übergangszone des Brennraumteilbereichs zu dem Randteilbereich eben oder in den Brennraum vorgewölbt ausgebildet.
  • Innerhalb der insbesondere als Bombierung ausgeführten Vorwölbungszone sind vorzugsweise die Ein- bzw. Auslassventile sowie ggf. auch die Zündvorrichtungen bei Otto-Motoren bzw. die Einspritzeinrichtung bei Diesel-Motoren angeordnet. Sie umfasst also insbesondere die thermisch besonders hoch belasteten Stege zwischen den Ventilkanälen. Aufgrund der Vorwölbungszone hat der Zylinderkopf – abgesehen von ggf. vorgesehenen Öffnungen für die Ventile, Zündkerzen – bzw. Einspritzdüsen im Bereich der zentralen Längsachse eine größere Materialstärke als an dem Übergang zu dem Randteilbereich. Bei einer starken Erhitzung im Stegbereich hindert also weniger umgebendes Material das den betreffenden Stegbereich bildende Material an einer Ausdehnung. Die Druckspannungen werden dadurch zumindest soweit reduziert, dass es zu deutlich geringeren plastischen Verformungen kommt.
  • Erfindungsgemäß sind in den thermisch und/oder thermomechanisch besonders belasteten Teilbereichen des Zylinderkopfs nur ebene oder in den Brennraum vorgewölbte Teilflächen vorgesehen. Insbesondere sind in diesen kritischen Teilbereichen also gerade keine konkaven Oberflächen vorhanden, wie dies bei dem Stand der Technik der Fall ist. Da die Dehnung vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Temperaturgradienten wirkt, kann es bei einer konkaven Oberfläche zu hohen Druckspannungen am Grund der Einbuchtung kommen, so dass dort die Gefahr plastischer Verformungen besonders groß ist. Erfindungsgemäß weist der Zylinderkopf insbesondere in den thermisch hoch belasteten Teilbereichen keine derartigen konkaven Einbuchtungen bzw. Oberflächenkonturen auf. Auch diese erfindungswesentliche Maßnahme trägt also dazu bei, thermische Spannungen und plastische Materialverformungen zu vermeiden.
  • Insgesamt resultiert eine deutlich geringere Gefährdung des Materials durch eine mechanische Beschädigung, so dass der erfindungsgemäße Zylinderkopf eine höhere Lebensdauer hat als bisher bekannte und eingesetzte Zylinderköpfe.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfs ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
  • Günstig ist eine Variante, bei der die Vorwölbungszone eine konische, insbesondere eine kegelförmige oder eine kegelstumpfförmige, Mantelfläche hat. Diese Form der Mantelfläche weist Vorteilhafterweise in keiner Richtung konkave Teilabschnitte auf, so dass die temperaturbedingten Druckspannungen und damit die Gefahr plastischer Verformungen in Grenzen gehalten werden können.
  • Gleiches gilt für eine alternative, aber ebenso günstige weitere Ausgestaltung, bei der die Vorwölbungszone eine konvex in den Brennraum vorgewölbte Mantelfläche hat. Auch bei dieser Ausführungsform der Mantelfläche kommt es zu keiner Ausbildung konkaver Teilabschnitte bzw. -flächen. Insbesondere hat die Mantelfläche eine teilkugel- oder teilellipsoidförmige Kontur. Damit lässt sich für die Kontur dieser Mantelfläche ebenso wie für die vorstehend genannte konische Mantelflächenform eine geschlossen mathematische Berechnungsvorschrift angeben. Dies erleichtert die Auslegung und auch die Fertigung.
  • Weiterhin kann der Brennraumteilbereich vorzugsweise eine konzentrisch zur zentralen Längsachse angeordnete Mittenzone mit ebener Oberfläche umfassen, wobei die Vorwölbungszone in diese Mittenzone mündet. Die Mittenzone, in der insbesondere auch die Aufnahmeöffnung für die Zündkerze bzw. das Einspritzventil in dem Zylinderkopf vorgesehen sein kann, hat damit eine besonders einfache Kontur, die sich sehr einfach fertigen lässt. Grundsätzlich kann sich die Vorwölbungszone aber auch bis unmittelbar zu der zentralen Längsachse erstrecken.
  • Gemäß einer anderen günstigen Variante erstreckt sich die Übergangszone des Brennraumteilbereichs zu dem Randteilbereich radial über eine durch eine Innenwand des Gehäuses bestimmte seitliche Grenze des Brennraums hinaus. Der eigentliche Brennraum wird insbesondere durch die seitlichen Umfangsbegrenzungswände des Gehäuses, bei dem es sich beispielsweise um ein Zylindergehäuse oder ein Kurbel(wellen)gehäuse handeln kann, festgelegt. Wenn sich die Übergangszone über diese Grenze hinaus erstreckt, wird sie im montierten Zustand des Zylinderkopfs weitestgehend durch die Gehäusewand und ggf. auch durch eine zwischen dem Zylinderkopf und der Gehäusewand vorgesehene Dichtlippe abgeschirmt. Sie ist dann kein echter Bestandteil des eigentlichen Brennraums und bildet, wenn überhaupt, einen nur unwesentlichen zusätzlichen Schadraum.
  • Vorzugsweise ist es außerdem vorgesehen, dass sich die Vorwölbungszone ausgehend von einer durch den Randteilbereich bestimmten Auflagequerschnittsebene, d. h. insbesondere einer Dichtungs(querschnitts)ebene, in den Brennraum hinein erstreckt. Die Vorwölbungszone ist dann auf die Grundebene des Zylinderkopfs, die durch die Auflagequerschnittsebene gebildet ist, aufgesetzt. Bei dieser Variante entfällt die Übergangszone praktisch komplett. Die Vorwölbungszone grenzt dann im Wesentlichen direkt an den Randteilbereich an.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass sich die Vorwölbungszone höchstens bis zu einer durch den Randteilbereich bestimmten Auflagequerschnittsebene, d. h. insbesondere einer Dichtungs(querschnitts)ebene, in den Brennraum hinein erstreckt. Die Vorwölbungszone ragt dann nicht über die Grundebene des Zylinderkopfs, die durch die Auflagequerschnittsebene gebildet ist, hinaus. Sie wird z. B. durch einen Materialabtrag an der dem Brennraum zugewandten Oberfläche des Zylinderkopfs gefertigt. Der Materialabtrag ist dabei am seitlichen, an den Randteilbereich angrenzenden Gebiet größer als in der Nähe der zentralen Längsachse. Die Vorwölbungszone ist bei dieser Ausgestaltung also eingelassen ausgeführt.
  • Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der sich die Vorwölbungszone ausgehend von einer gegenüber einer durch den Randteilbereich bestimmten Auflagequerschnittsebene (= Dichtungs(querschnitts)ebene) axial zurückversetzten Ausgangsquerschnittsebene bis über die Auflagequerschnittsebene hinaus in den Brennraum hinein erstreckt. Diese Variante ist eine Mischform zwischen den beiden zuvor beschriebenen Varianten, also zwischen der nur aufgesetzten und der vollständig eingelassenen Variante.
  • Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Zylinderkopf und seine vorteilhaften Ausgestaltungen lassen sich zum Aufbau einer ebenso günstigen Brennkraftmaschine verwenden. Die so realisierte Brennkraftmaschine hat einen Brennraum, der seitlich von einem Gehäuse und an einer axialen Stirnseite von dem bevorzugten Zylinderkopf begrenzt ist.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs mit einer Vorwölbungszone mit konvexer Mantelfläche an der brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche in einer perspektivischen Ausschnittsdarstellung,
  • 2 den Zylinderkopf gemäß 1 in einen Teilquerschnitt,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs mit einer Vorwölbungszone mit konischer Mantelfläche in einem Teilquerschnitt,
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs mit einer eingelassenen Vorwölbungszone in einem Teilquerschnitt,
  • 5 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs ähnlich demjenigen gemäß 4 im montierten Zustand, und
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs mit einer aufgesetzten Vorwölbungszone in einem Teilquerschnitt.
  • Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs 1 einer Brennkraftmaschine gezeigt. 1 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt des Zylinderkopfs 1, 2 einen Teilquerschnitt. Der Ausschnitt gemäß 1 umfasst eine brennraumseitige Zylinderkopfoberfläche 2, die im montierten Zustand (siehe z. B. 5) dem in 1 und 2 nicht näher dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist. Der Zylinderkopf 1 hat eine zentrale Mittenlängsachse 3, die mit derjenigen des Brennraums übereinstimmt. Konzentrisch zur Mittenlängsachse 3 hat der Zylinderkopf 1 eine Ausnehmung 4 zur Aufnahme einer Einspritzdüse. Außerdem enthält der Zylinderkopf 1 vier weitere durchgehende Öffnungen in Form von Kanälen 5 der Ein- bzw. Auslassventile. Zwischen den Kanälen 5 sind Materialstege 6 vorhanden, von denen zumindest einige während des Betriebs der Brennkraftmaschine besonders hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
  • Die Zylinderkopfoberfläche 2 setzt sich aus zwei konzentrisch zueinander und zu der zentralen Mittenachse 3 angeordneten Hauptteilbereichen zusammen, nämlich einen Randteilbereich 7 und einem Brennraumteilbereich 8. Letzterer ist von dem Randteilbereich 7 umgeben bzw. umschlossne, also innerhalb des Randteilbereichs 7 angeordnet. Der Randteilbereich 7 liegt im montierten Zustand (siehe z. B. 5) des Zylinderkopfs 1 abgedichtet auf einem Zylinder- oder Kurbelwellengehäuse der Brennkraftmaschine auf. Der ebene Randteilbereich 7 bildet eine Auflagequerschnittsebene 9 (= Dichtungsebene). Der Brennraumteilbereich 8 ist derjenige Teil des Zylinderkopfs 1, der während des Betriebs unmittelbar an den Brennraum angrenzt. Er hat eine durch einen Radius R1 bestimmte radiale Ausdehnung und umfasst drei konzentrisch zueinander und zu der zentralen Mittenachse 3 angeordnete Teilzonen, nämlich eine radial außen angeordnete Übergangszone 10, die an den Randteilbereich 7 angrenzt, eine Vorwölbungszone 11 und eine Mittenzone 12, die die zentrale Mittenachse 3 un mittelbar umgibt. Die radiale Ausdehnung der Mittenzone 12 ist durch einen Radius R2 bestimmt, der einen weitgehend beliebigen Wert, z. B. auch den Wert null, annehmen kann.
  • Die als Bombierung ausgebildete Vorwölbungszone 11 erstreckt sich in axialer Richtung, d. h. in Richtung der zentralen Mittenachse 3, ausgehend von der tangentialen Grenze zu der Übergangszone 10 immer weiter in den Brennraum hinein, je geringer der Abstand zu der zentralen Mittenachse 3 ist. Sie beginnt in einer Ausgangsquerschnittsebene 13, die axial um eine Tiefe T1 gegenüber der Auflagequerschnittsebene 9 in das Material des Zylinderkopfs 1 zurückversetzt ist, und erstreckt sich bis um eine Tiefe T2 über die Auflagequerschnittsebene 9 hinaus in den Brennraum hinein.
  • Die Vorwölbungszone 11 hat eine Mantelfläche 14, die sich konvex in den Brennraum vorwölbt und in eine ebene Oberfläche 15 der Mittenzone 12 mündet. Die konvexe Mantelfläche 14 hat beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer Kugelteiloberfläche.
  • Im Folgenden werden die Wirkungsweise und besondere Vorteile des Zylinderkopfs 1 näher beschrieben.
  • Die Vorwölbungszone 11 führt zu einer mechanischen Entlastung des während des Betriebs starken thermischen Belastungen ausgesetzten Zylinderkopfs 1. Dies gilt insbesondere für die Materialstege 6, an denen es zu der stärksten Erhitzung kommt. Zum einen wirkt der durch die Vorwölbungszone 11 bedingte Abtrag von Material aus dem Zylinderkopf 1 wie eine Dehnfuge, die eine Materialausdehnung zulässt und so zum Abbau von Druckspannungen im Material des Zylinderkopfs 1 beiträgt. Zum anderen sind insbesondere die thermisch am meisten belasteten Zonen frei von konkaven Oberflächenabschnitten. So weisen die Vorwölbungszone 11 und die Mittenzone 12 nur konvexe oder ebene Oberflächenabschnitte auf. Die Übergangszone 10 ist thermisch deutlich geringer belastet als die Vorwölbungszone 11 und die Mittenzone 12. Aufgrund der besonders vorteilhaften Formgebung der Zylinderkopfoberfläche 2 wird insgesamt eine Reduzierung der thermisch bedingten Druckspannungen erreicht. Damit reduziert sich auch die Gefahr thermomechanischer Ermüdungserscheinungen sowie von Materialschädigungen durch plastische Verformungen.
  • Weiterhin ist insbesondere der thermischen Belastungen ausgesetzte Brennraumteilbereich 8 praktisch vollständig ohne scharfe Konturen, wie spitz zulaufende Ecken oder Kanten, ausgeführt. So mündet gerade auch die Übergangszone 10 mit einem sanften Kurvenbogen in die Vorwölbungszone 11. Damit wird die Ausbildung von Kerbspannungen aufgrund von Thermodehnungen weitestgehend unterdrückt, wodurch langsam veränderliche Materialbelastungen (LCF = Low Cycle Fatigue) beschränkt werden. Außerdem sind aber auch schneller veränderliche bzw. hochfrequente Materialbelastungen (HCF = High Cycle Fatigue), die beispielsweise durch Zünd- bzw. Verbrennungsdruckspitzen hervorgerufen werden, weniger schädlich.
  • Insgesamt hat der Zylinderkopf 1 aufgrund seiner günstigen Formgebung an der Zylinderkopfoberfläche 2 und insbesondere im Brennraumteilbereich 8 eine sehr lange Lebensdauer.
  • Diese vorteilhafte Formgebung der Zylinderkopfoberfläche 2 kann auch noch nachträglich bei herkömmlich ausgefürten Zylinderköpfen vorgesehen werden. Eine Nachbearbeitung, bei der ein Materialabtrag entsprechend der gewünschten Konturierung an der Zylinderkopfoberfläche 2 erfolgt, ist problemlos möglich.
  • Anhand von 2 bis 6 werden im Folgenden alternative Ausführungsbeispiele ebenso günstiger Zylinderköpfe 16 bis 19 beschrieben.
  • Der Zylinderkopf 16 gemäß 3 unterscheidet sich von dem Zylinderkopf 1 lediglich durch eine etwas anders ausgestaltete Mantelfläche 20 in der Vorwölbungszone 11. Sie wölbt sich nicht konvex in den Brennraum vor. Stattdessen hat die Mantelfläche 20 eine konische Form, die in Verbindung mit der ebenen Mittenzone 12 eine Kegelstumpfform ergibt.
  • Bei dem Zylinderkopf 17 gemäß 4 ist eine eingelassene Bombierung vorgesehen. Die Tiefe T2 nimmt bei dieser Variante den Wert null an. Die Vorwölbungszone 11 und die Mittenzone 12 ragen dabei axial nicht über die Auflagequerschnittsebene 9 hinaus in den Brennraum. Die Vorwölbungszone 11 kann eine konvex in den Brennraum vorgewölbte Mantelfläche 21 (siehe durchgezogene Linienführung) oder eine konische Mantelfläche 22 (siehe punktierte Linienführung) haben.
  • Die Variante mit der konischen Mantelfläche 22 ist die Basis für den in 5 gezeigten Zylinderkopf 18. Er ist in seinem montierten Zustand dargestellt. Sein Randteilbereich 7 ist mittels einer Dichtung 23 auf der Stirnseite einer tangential umlaufenden Wand eines Gehäuses 24 aufgesetzt. Die Dichtung 23 umfasst neben einer schematisch dargestellten Sicke auch auf beiden radialen Seiten der Sicke angeordnete nicht näher gezeigte Dichtlippen. Das nur ausschnittsweise dargestellte Gehäuse 24 ist als Zylinderblock oder Kurbelwellengehäuse ausgeführt. Es umschließt einen Innenraum, in dem ein nicht dargestellter Kolben angeordnet ist und der einen Innenradius R3 aufweist. Ein Brennraum 25 ist axial durch die Zylinderkopfoberfläche 2 und den nicht dargestellten Kolben sowie seitlich, d. h. in Umfangsrichtung, durch die Innenwand des Gehäuses 24 begrenzt.
  • Der Innenradius R3 des Gehäuses 24, also der Radius des eigentlichen Brennraums 25, ist kleiner als der Radius R1 des Brennraumteilbereichs 8 des Zylinderkopfs 18. Die Übergangszone 10 des Zylinderkopfs 18 reicht bis in den Wandbereich des Gehäuses 24 und wird aufgrund dieses Überlappens zumindest teilweise abgeschirmt, so dass innerhalb der Übergangszone 10 keine wesentliche Verbrennungsreaktion stattfindet.
  • Bei dem Zylinderkopf 19 gemäß 6 ist eine aufgesetzte Bombierung vorgesehen. Die Tiefe T1 nimmt bei dieser Variante den Wert null an. Die Vorwölbungszone 11 erstreckt sich ausgehend von der Auflagequerschnittsebene 9 in den Brennraum. Sie beginnt unmittelbar an der tangentialen Grenze zum Randteilbereich 7, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel keine Übergangszone vorhanden ist. Ein Brennraumteilbereich 26 umfasst hier lediglich die Vorwölbungszone 11 und die Mittenzone 12. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Vorwölbungszone 11 eine konvex in den Brennraum vorgewölbte Mantelfläche 27 (siehe durchgezogene Linienführung) oder eine konische Mantelfläche 28 (siehe punktierte Linienführung) haben.
  • Es ist abschließend darauf hinzuweisen, dass die Tiefe der Vorwölbungszone 11 in den 2 bis 6 stark übertrieben dargestellt ist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 hat in der Realität der Radius R1 einen Wert von 63 mm, der Radius R2 einen Wert von 17 mm und die Tiefe T1 einen Wert von 1,5 mm. Diese Werte besitzen natürlich nur Beispielcharakter und soll ein Gefühl für die tatsächliche Dimensionen vermitteln. Allgemein lässt sich sagen, dass bereits eine Tiefe der Vorwölbungszone 11 (T1 + T2 bei 2 und 3; T1 bei 4 und 5; T2 bei 6) von 0,1 mm einen nachweisbar entlastenden Effekt hat. Wie die Tiefe der Vorwölbungszone 11 zu wählen ist, hängt vom Temperaturverlauf im Zylinderkopf oder genauer vom Temperaturverlauf von der Oberfläche der Vorwölbungszone 11 in das Material des Zylinderkopfes hinein ab. Hier lässt sich angeben, dass bei Brennkraftmaschinen für Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ein Wert für die Tiefe der Vorwölbungszone 11 von kleiner als 5 mm die Regel ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 2816923 C2 [0003]
    • - DE 2711136 C2 [0003]
    • - DE 3723469 A1 [0003]
    • - DE 3728530 A1 [0003]
    • - EP 0105986 A1 [0004]
    • - DE 2321577 [0005]
    • - DE 4427465 C2 [0005]
    • - DE 2308700 [0006]

Claims (9)

  1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einer einem Brennraum (25) der Brennkraftmaschine zugewandten brennraumseitigen Zylinderkopfoberfläche (2), wobei a) die brennraumseitige Zylinderkopfoberfläche (2) einen Randteilbereich (7) zur Auflage auf einem den Brennraum (25) seitlich umgebenden Gehäuse (24) sowie einen von dem Randteilbereich (7) umgebenen Brennraumteilbereich (8; 26) aufweist, b) der Brennraumteilbereich (8; 26) eine Vorwölbungszone (11) umfasst, die sich mit abnehmendem Abstand von einer zentralen Längsachse (3) des Brennraums (25) weiter in den Brennraum (25) hinein erstreckt, und c) alle unmittelbar an den Brennraum (25) angrenzenden Teilflächen (14, 15; 20; 21; 22; 27; 28) des Brennraumteilbereichs (8; 26) zumindest außerhalb einer Übergangszone (10) des Brennraumteilbereichs (8; 26) zu dem Randteilbereich (7) eben oder in den Brennraum (25) vorgewölbt ausgebildet sind.
  2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwölbungszone (11) eine konische Mantelfläche (20; 22; 28) hat.
  3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwölbungszone (11) eine konvex in den Brennraum (25) vorgewölbte Mantelfläche (14; 21; 27) hat.
  4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche (14; 21; 27) eine teilkugel- oder teilellipsoidförmige Kontur hat.
  5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraumteilbereich (8; 26) eine konzentrisch zur zentralen Längsachse (3) angeordnete Mittenzone (12) mit ebener Oberfläche (15) umfasst und die Vorwölbungszone (11) in die Mittenzone (12) mündet.
  6. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Übergangszone (10) des Brennraumteilbereichs (8; 26) zu dem Randteilbereich (7) radial über eine durch eine Innenwand des Gehäuses (24) bestimmte seitliche Grenze des Brennraums (25) hinaus erstreckt.
  7. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorwölbungszone (11) ausgehend von einer durch den Randteilbereich (7) bestimmten Auflagequerschnittsebene (9) in den Brennraum (25) hinein erstreckt.
  8. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorwölbungszone (11) höchstens bis zu einer durch den Randteilbereich (7) bestimmten Auflagequerschnittsebene (9) in den Brennraum (25) hinein erstreckt.
  9. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vorwölbungszone (11) ausgehend von einer gegenüber einer durch den Randteilbereich (7) bestimmten Auflagequerschnittsebene (9) axial zurückversetzten Ausgangsquerschnittsebene (13) bis über die Auflagequerschnittsebene (9) hinaus in den Brennraum (25) hinein erstreckt.
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