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Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für eine, zumindest einen Motorblock und einen Zylinderkopf beinhaltende, Brennkraftmaschine.
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Die
EP 0 538 628 A2 offenbart eine Dichtungsanordnung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Zylinderkopf, einem Zylinderblock, einer Zylinderlaufbuchse und Dichtungsmitteln. Die Zylinderlaufbuchse ist in einer Bohrung des Zylinderblocks eingesetzt und stützt sich an diesem ab. Sie weist einen hohlen zylindrischen Teil, einen sich radial von dem zylindrischen Teil nach außen erstreckenden ringförmigen Dichtungskragen, eine Kolbenbohrung und eine im Wesentlichen zum Zylinderkopf weisende Kragendichtungsfläche auf. Die Dichtungsmittel stehen mit der Kragendichtungsfläche und einer entsprechenden Zylinderkopfdichtungsfläche im Eingriff, um den Austritt von Verbrennungsgasen aus der Kolbenbohrung zu verhindern.
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Die
DE 199 28 602 A1 beschreibt eine metallische Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor, mit einer eine Sicke für eine Brennraumdurchgangsöffnung aufweisenden Dichtplatte und mit einer Sickenklammereinrichtung zum Beeinflussen des Verformungsverhaltens der Sicke. Die Sickenklammereinrichtung beinhaltet ein im Wesentlichen flaches Halteblech, das an der Dichtplatte in einer die Sicke überdeckenden Position angeordnet und beidseitig der Sicke mit der Dichtplatte fest verbunden ist. Der Freiraum zwischen Halteblech und Sicke kann mit einer Füllung versehen sein, die durch ein Duro- und/oder ein Thermoplast gebildet ist.
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Der
JP 58002449 A ist eine Dichteinheit für den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu entnehmen. Brennraumseitig ist eine Zylinderlaufbuchse vorgesehen, die mit einer ringförmig umlaufend ausgebildeten Nut versehen ist. Innerhalb der Nut ist ein ebenfalls ringförmig ausgebildetes Federelement aus einem Bimetall vorgesehen, das einen umlaufend ausgebildeten Schenkel aufweist, der bei höheren Temperaturen in Richtung einer Flachdichtung verformt wird.
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Die
DE 100 60 514 A1 offenbart eine Flachdichtung für eine Kolbenkraft- oder Arbeitsmaschine, bestehend aus zumindest einem Blech, in welchem Zylinderbohrungen und/oder Wasser- und/oder Öldurchlässe eingebracht sind. Im Bereich dieser Durchgangslöcher ist ein Randbereich vorgesehen, der durch einen zumindest umlaufend ausgebildeten in sich geschlossenen Hohlraum begrenzt wird. Dieser Hohlraum ist vollständig mit einem hydraulischen Medium gefüllt.
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Die
JP 10-20030016958 A beschreibt eine Zylinderkopfdichtung, die brennraumseitig mit einem ringförmig umlaufend ausgebildeten Hochdruckrohr zusammenwirkt, innerhalb dessen ein flüssiges Silikonmaterial eingebracht ist.
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Schließlich offenbart die
JP 01-066453 A eine metallische Flachdichtung, bei der zwischen Metallplatten ein ringförmig umlaufend ausgebildetes im Querschnitt etwa oval ausgebildetes Rohr eingebracht ist. Das Rohr nimmt einerseits eine Flüssigkeit und andererseits ein Gas auf.
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Brennkraftmaschinen, die mit Zylinderlaufbuchsen ausgerüstet sind, sind vielfach mit folgender Problematik behaftet:
Längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung liegt eine variierende betriebszustandsabhängige Veränderung der Dichtspalthöhe vor. Im Wesentlichen können hierfür folgende Gründe angeführt werden:
- a) Variation der Steifigkeit der an einer Zylinderkopfdichtung angrenzenden Motorbauteile längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung
- b) konstruktiv bedingte unsymmetrische Verteilung der Zylinderkopfschrauben um die Brennraumdurchgangsöffnung.
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Als Folge ergibt sich eine ungleichmäßige Pressungsverteilung längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung, was zu einer Gasleckage aus dem Brennraum führen kann. Darüber hinaus kann die erwähnte ungleichmäßige Pressungsverteilung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit so genannten nassen Zylinderlaufbuchsen, zu einem Verzug dieser Buchsen führen.
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Dieser Verzug hat eine größere Unrundheit der Bohrung zur Folge, so dass die Effizienz der Kolbenringabdichtung reduziert wird, was zu erhöhten Emissionen bzw. höherem Ölverbrauch führt. Weiterhin führt die ungleichmäßige Pressungsverteilung zu einer längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung variierenden Materialbeanspruchung der Laufbuchse, die es vor dem Hintergrund der Dauerfestigkeit zu reduzieren gilt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine vom Stand der Technik abweichende Dichtungsanordnung bereit zu stellen, die den aufgezeigten Problemen Rechnung trägt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zylinderlaufbuchse für eine, zumindest einen Motorblock und einen Zylinderkopf beinhaltende, Brennkraftmaschine, deren dem Zylinderkopf zugewandte Stirnfläche zur Aufnahme eines Ausgleichselements mit mindestens einer ringförmig umlaufend ausgebildeten Nut versehen ist, wobei das Ausgleichselement durch ein zumindest im Betriebszustand der Brennkraftmaschine fließfähiges Grundmaterial und ein stirnflächenseitig angeordnetes Abdeckelement gebildet ist und zumindest das Abdeckelement zumindest partiell über die Stirnfläche der Zylinderlaufbuchse hinausragt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Es wird somit ein hydraulisches Ausgleichselement vorgeschlagen, welches integraler Bestandteil der Zylinderlaufbuchse sein kann oder als Einbausatz in die jeweilige Nut eingebracht wird. Dieses hydraulische Ausgleichselement ist in der Lage, die Höhe des Dichtspaltes längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung aufgrund der auf das Ausgleichselement einwirkenden Pressungsverteilung (reversibel) zu variieren. Das erfindungsgemäße hydraulische Ausgleichselement kann die Nut und/oder die Kontur des Abdeckelements – abhängig vom Anwendungsfall – partiell oder vollständig ausfüllen.
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Mit dem erfindungsgemäßen hydraulischen Ausgleichselement werden im Wesentlichen folgende technische Bereiche optimiert:
- 1. dynamisch: Änderungen der dynamischen Dichtspaltschwingungen werden kompensiert, so dass das Ausgleichselement/die Brennraumsicke in jedem Betriebszustand einer bedarfsweise zum Einsatz gelangenden Zylinderkopfdichtung möglichst den gleichen Pressungsbedingungen unterworfen ist.
- 2. quasistatisch: Vergleichmäßigung der Pressungsverteilung längs der Umfangsrichtung der Brennraumdurchgangsöffnung.
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Diese Kernfunktionen werden dadurch erreicht, dass das in dem hydraulischen Ausgleichselement enthaltene zumindest im Betriebszustand der Brennkraftmaschine fließfähige Grundmaterial von einer Stelle entlang des Umfanges, in welcher
- – eine hohe Pressung vorliegt bzw.
- – sich der Dichtspalt bei einer Betriebszustandsänderung nicht oder nur wenig vergrößert
ähnlich wie bei einem Wasserbett zu einer Stelle fließt, an welcher - – eine geringere Pressungsverteilung vorliegt bzw.
- – sich die Dichtspalthöhe bei der betreffenden Betriebszustandsänderung stärker vergrößert.
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Fließfähige Materialien, die in dem hydraulischen Ausgleichselement enthalten sein können (teilweise oder vollständige Füllung) werden wie folgt angegeben:
Je nach gewünschter Funktionalität, viskose oder viskoelastische Medien, wie z. B. Polymere, Compounds auf Basis von (unvernetztem) Flüssigsilikonkautschuk, PTFE oder niedrigschmelzende Metalle (wie sie beispielsweise bei Schmelzkerntechnologien verwendet werden) bzw. andere metallische Legierungen.
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Bei bestimmten viskoelastischen Medien, wie z. B. Silikonkautschuk, folgt die Höhe des hydraulischen Ausgleichselements somit der Änderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine mit einer Relaxationszeit, welche größer als ein Arbeitszyklus des Motors ist.
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Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
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1 Prinzipskizze einer Brennkraftmaschine, bei welcher Zylinderlaufbuchsen zum Einsatz gelangen,
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2 bis 13 unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen hydraulisch wirkenden Ausgleichselements.
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1 zeigt als Prinzipskizze eine Brennkraftmaschine, die funktional folgende Bauteile beinhaltet: einen Zylinderkopf Z, einen Motorblock M sowie eine Zylinderlaufbuchse 1. Lediglich angedeutet ist ein einzelner Brennraum B sowie eine Zylinderkopfdichtung D, die zwischen dem Motorblock M und dem Zylinderkopf positioniert ist. In der Zylinderlaufbuchse 1 ist im Bereich der dem Zylinderkopf Z zugewandten Stirnfläche 2 eine umlaufende Nut 3 eingebracht, die zur Aufnahme eines hydraulisch wirkenden Ausgleichselements 4 (Grundmaterial) vorgesehen ist, das in den folgenden Figuren näher beschrieben wird.
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2 zeigt als Prinzipskizze die Zylinderlaufbuchse 1, wie sie in 1 angedeutet ist. Im Bereich der in Richtung des in 1 angedeuteten Zylinderkopfes Z weisenden freien Stirnfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1 ist die umlaufend ausgebildete Nut 3 eingebracht, die zur Aufnahme eines zumindest im Betriebszustand der Brennkraftmaschine fließfähigen Grundmaterials 4 (hydraulisch wirkendes Ausgleichselement), beispielsweise eines niedrig schmelzenden Metalls, dient. Stirnflächenseitig ragt das Grundmaterial 4 unter Bildung eines Profils 5 mit definierter Höhe über die Stirnfläche 2 vor. Das Grundmaterial 4 wird stirnflächenseitig von einem Abdeckelement 6 nach außen abgeschlossen, das eine definierte Breite hat, so dass außerhalb des Grundmaterials 4 Schenkel 7, 8 gebildet werden, die in einer ebenfalls in die Stirnfläche 2 eingebrachte Ausnehmung 9 hineinragen. Das Abdeckelement 6 ist in diesem Beispiel als Federblech ausgebildet und mit einer nach Art einer Sicke ausgebildeten Kontur 10 versehen. Der erhabene Bereich der Kontur 10 liegt an einer Gegenfläche des in 1 angedeuteten Zylinderkopfes Z an. Nach Positionierung des Abdeckelementes 6 wird das Grundmaterial 4 in den Freiraum der Nut 3 sowie der Kontur 10 eingebracht und schmiegt sich an die jeweiligen Begrenzungsflächen an. Die Nut 3 wird hierbei vollständig vom Grundmaterial 4 ausgefüllt. Der Füllungszustand der Kontur 10 hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab.
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3 zeigt ebenfalls eine Zylinderlaufbuchse 1. Gleiche Bauteile werden durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch hier ist in der Stirnfläche 2 der Zylinderlaufbuchse 1 eine Nut 3 eingebracht, die mit einem Abschlusselement 6 vorgebbarer Kontur (Profil 5) zusammenwirkt. Analog zu 2 wird auch hier ein Grundmaterial 4, beispielsweise ein viskoelastisches Medium, eingebracht, das sich an das Profil 5 des Abdeckelementes 6 anschmiegt.
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Die 4 und 5 zeigen eine Variante zu den Darstellungen der 2 und 3. Das Grundmaterial 4, beispielsweise ein Flüssigsilikonkautschuk, ist zur Bildung eines Einbausatzes von einem im Querschnitt U-förmigen Einfasselement 11 aufgenommen, wobei sich die Schenkel 7, 8 des Abdeckelementes 6 gemäß 4 auf den Endbereichen der vertikal verlaufenden Elemente des Einfasselementes 11 abstützen.
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5 ist ähnlich wie 4 zu werten, mit dem Unterschied, dass die Schenkel 7, 8 des Abdeckelementes 6 innerhalb des U-förmig ausgebildeten Einfasselementes 11 eingebracht sind.
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Die 6 und 7 zeigen weitere Varianten des Erfindungsgegenstandes. In beiden Figuren ist innerhalb des Grundmateriales 4, beispielsweise ein PTFE, ein schlauchförmig ausgebildetes Kompensationselement 12 eingebettet, das bedarfsweise mit oder ohne Füllung vorgesehen sein kann.
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Die 8 und 9 zeigen weitere Varianten. Die Nut 3, respektive das Einfasselement 11, ist nur partiell vom Grundmaterial 4 ausgefüllt. Unterhalb des Grundmateriales 4 kann entweder über oder ohne eine Trennebene 13 ein zweiter Werkstoff 14 oder aber mindestens ein weiteres Kompensationselement vorgesehen werden. Der Werkstoff 14 kann bedarfsweise auch aus der genannten Gruppe des Grundmaterials bestehen. Ebenfalls denkbar ist mindestens ein Kompensationselement zwischen Nutgrund und Einfasselement vorzusehen.
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Die 10 und 11 zeigen weitere Varianten des Erfindungsgegenstandes.
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Außerhalb des Abdeckelementes 6 ist ein zusätzliches Dichtelement 15 in Form eines separaten mit einer Sicke 15' versehenen Blechkörpers vorgesehen. Bedarfsweise können auch mehrere Lagen angeordnet werden. Das Dichtelement 15 ist in 11 Teil einer in 1 angedeuteten Zylinderkopfdichtung D und wirkt somit unmittelbar mit dem in 1 angedeuteten Zylinderkopf Z zusammen.
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In ähnlicher Weise sind die 12 und 13 zu werten.
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In 12 ist das Abdeckelement 6 mit unterschiedlich langen Schenkeln 7', 8' versehen, wobei der Schenkel 8' wesentlich länger ausgebildet ist als der Schenkel 7'. Der verlängerte Schenkel 8' wird zur Bildung eines zusätzlichen Dichtelementes 16 umgebogen und in Richtung des Schenkels 7' geführt, wobei ein gesickter Bereich 16' auf der Kontur 10 des Abdeckelementes 6 aufliegt.
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In 13 wird das zusätzliche Dichtelement 17 gebildet durch ein separates Blech das einerseits im Bereich des Einfasselementes 11 fixiert ist und andererseits ebenfalls über einen gesickten Bereich 17' verfügt, der auf der Kontur 10 des Abdeckelementes 6 aufliegt.
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Sowohl bei 12 als auch bei 13 können Zylinderkopfdichtungen D in Analogie zu 11 zum Einsatz gelangen, so dass das zusätzliche Dichtelement 16, 17 bedarfsweise Teil der jeweiligen Zylinderkopfdichtung D sein kann.
