-
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum und einem den Brennraum wenigstens bereichsweise abschließenden Zylinderkopf, wobei auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Zylinderkopfs im Bereich des Brennraums ein Einsatz in eine Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Brennkraftmaschine.
-
Die Brennkraftmaschine verfügt über wenigstens einen Zylinder, welchem der zumindest eine Brennraum zugeordnet ist. In dem Zylinder ist ein in Richtung der Längsmittelachse des Zylinders verlagerbarer Kolben angeordnet, welcher mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zum Bereitstellen eines Drehmoments wirkverbunden ist. In den Brennraum werden periodisch Kraftstoff und Frischluft eingebracht und dort verbrannt. Die Brennkraftmaschine arbeitet dabei beispielsweise als Zweitaktmotor oder als Viertaktmotor. Insbesondere wird als Kraftstoff Diesel verwendet, die Brennkraftmaschine kann also als Dieselbrennkraftmaschine ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Leistungsdichte von Brennkraftmaschinen werden die auftretenden Drücke, im Falle der Dieselbrennkraftmaschine die Zünddrücke, und/oder die Temperaturen in dem Brennraum stetig weiter erhöht. Dies bewirkt jedoch hohe Belastungen des Zylinderkopfs, welcher aus Gewichtsgründen beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
-
Das Potential für eine weitere Erhöhung der Zünddrücke beziehungsweise der Temperaturen ist durch die begrenzte Steifigkeit und Festigkeit des für den Zylinderkopf verwendeten Materials nahezu ausgeschöpft. Um dennoch höhere Leistungsdichten zu erzielen, ist der Einsatz vorgesehen, welcher in eine dem Brennraum zugewandte Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt ist. Dieser Einsatz ist vorzugsweise derart angeordnet, dass er den Brennraum in Richtung des Zylinderkopfs vollständig übergreift, sodass also lediglich der Einsatz, nicht jedoch der den Einsatz aufnehmende Zylinderkopf in Fluidverbindung mit dem Brennraum steht. Der Einsatz kann dabei aus einem Werkstoff bestehen, welcher von dem Werkstoff des Zylinderkopfs verschieden ist. Insbesondere besteht er aus einem Werkstoff, welcher eine höhere Temperaturbeständigkeit, eine höhere Steifigkeit und/oder eine höhere Festigkeit aufweist als der Werkstoff des Zylinderkopfs. Beispielsweise kommt ein hochwarmfester Werkstoff für den Einsatz zur Anwendung. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass jedem Zylinder beziehungsweise jedem Brennraum ein derartiger Einsatz zugeordnet ist.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die
DE 103 16 172 A1 bekannt, welche einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors zeigt. Hier ist ein Einsatzteil vorgesehen, welches in ein Zylinderkopfgrundmaterial eingebettet ist. Um jedoch die Drücke beziehungsweise Temperaturen in dem Brennraum weiter erhöhen zu können, ist eine Weiterentwicklung des Einsatzes beziehungsweise Einsatzteiles notwendig, insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Dieselbrennkraftmaschine vorliegt.
-
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche die Realisierung einer höheren Leistungsdichte, insbesondere durch höhere Zünddrücke und/oder höhere Temperaturen, ermöglicht.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zur Befestigung des Einsatzes in der Aufnahme ein mit einem Dichtmittel gefüllter, von dem Einsatz und einer Wandung der Aufnahme zumindest bereichsweise gemeinsam gebildeter Dichtmittelkanal vorgesehen ist. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist der Einsatz in die Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt. Das bedeutet jedoch auch, dass er nicht einstückig beziehungsweise materialeinheitlich mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist. Aus diesem Grund ist es zur Erhöhung der Drücke in dem Brennraum notwendig, eine verbesserte Abdichtung des Brennraums zu erzielen. Diese wird durch eine bessere Dichtwirkung zwischen dem Einsatz und der Wandung der Aufnahme realisiert. Mithilfe der auf diese Art und Weise erhöhten Dichtwirkung können auch höhere Temperaturen in dem Brennraum realisiert werden, insbesondere durch ein zuverlässiges Ausgleichen von unterschiedlichen, temperaturbedingten Ausdehnungen des Zylinderkopfs und des Einsatzes, welche insbesondere auftreten können, wenn der Einsatz und der Zylinderkopf materialuneinheitlich sind, also aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
-
Die verbesserte Dichtwirkung wird mithilfe des Dichtmittelkanals und des darin vorgesehenen Dichtmittels erreicht. Der Dichtmittelkanal wird von dem Einsatz und der Wandung der Aufnahme wenigstens bereichsweise gemeinsam ausgebildet. Das bedeutet, dass erst bei einer Anordnung des Einsatzes in der Aufnahme der Dichtmittelkanal ausgebildet ist beziehungsweise in geschlossener Form vorliegt. Der Dichtmittelkanal umgreift den Einsatz vorzugsweise in Umfangsrichtung vollständig. Nach dem Anordnen des Einsatzes in der Aufnahme wird der Dichtmittelkanal mit dem Dichtmittel gefüllt. Beispielsweise wird als Dichtmittel ein Klebstoff verwendet, also ein nichtmetallischer Werkstoff, der Fügeteile – in diesem Fall den Einsatz und die Wandung der Aufnahme beziehungsweise den Zylinderkopf – durch Flächenhaftung und innere Festigkeit verbindet. Der Klebstoff kann beispielsweise aus organischen und/oder anorganischen Verbindungen bestehen. Das Dichtmittel bewirkt zumindest eine kraftschlüssige, im Falle des Klebstoffs sogar zusätzlich oder alternativ eine stoffschlüssige Befestigung des Einsatzes in der Aufnahme des Zylinderkopfs. Auf diese Art und Weise ist der Einsatz in der Aufnahme sicher gehalten, sodass die durch höhere Drücke entstehenden größeren Kräfte zuverlässig in den Zylinderkopf eingeleitet und durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialien von Zylinderkopf und Einsatz entstehenden Spannungen ausgeglichen werden können.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dichtmittelkanal eine in dem Einsatz vorliegende, in Richtung der Wandung randoffene Vertiefung und/oder eine in der Wandung ausgebildete, in Richtung des Einsatzes randoffene Vertiefung aufweist. Entweder weisen also der Einsatz, die Wandung oder beide eine derartige randoffene Vertiefung auf. Liegt nur in dem Einsatz oder der Wandung die Vertiefung vor, so wird sie bei dem Anordnen des Einsatzes in der Aufnahme durch das jeweils andere Element abgedeckt und somit geschlossen. Ist sowohl in dem Einsatz als auch in der Wandung jeweils eine derartige randoffene Vertiefung vorgesehen, so sind diese derart angeordnet, dass sie bei Einsetzen des Einsatzes in die Aufnahme gemeinsam den Dichtmittelkanal ausbilden. Das bedeutet, dass die randoffene Vertiefung des Einsatzes der randoffenen Vertiefung der Wandung gegenüberliegend angeordnet ist, sodass der von Ihnen gemeinsam ausgebildete Dichtmittelkanal beispielsweise einen symmetrischen Querschnitt, insbesondere einen kreisrunden Querschnitt, aufweist. Durch die randoffene Ausgestaltung der Vertiefung beziehungsweise der Vertiefungen ist sichergestellt, dass das Dichtmittel nach dem Einbringen in den Dichtmittelkanal sowohl mit dem Zylinderkopf beziehungsweise der Wandung der Aufnahme als auch dem Einsatz in Kontakt steht, um das Halten des Einsatzes in der Aufnahme beziehungsweise das Abdichten der beiden Elemente gegeneinander zu realisieren.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in den Dichtmittelkanal ein in dem Zylinderkopf ausgebildeter Dichtmitteleinlasskanal und/oder ein in dem Zylinderkopf ausgebildeter Dichtmittelauslasskanal einmünden. Vorzugsweise stellen der Dichtmitteleinlasskanal und/oder der Dichtmittelauslasskanal die einzigen Öffnungen des Dichtmittelkanals dar. Durch den Dichtmitteleinlasskanal kann Dichtmittel in den Dichtmittelkanal eingebracht werden, während es durch den Dichtmittelauslasskanal aus dem Dichtmittelkanal austreten kann. Der Dichtmitteleinlasskanal ermöglicht insoweit ein Einbringen des Dichtmittels in den Dichtmittelkanal. Der Dichtmittelauslasskanal stellt dagegen ein zuverlässiges Ausfüllen des Dichtmittelkanals mit dem Dichtmittel sicher, indem es einen Druckausgleich, beispielsweise gegenüber einer Außenumgebung der Brennkraftmaschine, ermöglicht.
-
Sind sowohl der Dichtmitteleinlasskanal als auch der Dichtmittelauslasskanal vorgesehen, so kann mithin auf einfache Art und Weise das Dichtmittel in den Dichtmittelkanal eingebracht werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, das Dichtmittel vor dem Einsetzen des Einsatzes in die Aufnahme auf den Einsatz oder in die Aufnahme einzubringen. Vielmehr kann der Einsatz in die Aufnahme eingesetzt und erst nachfolgend durch den Dichtmitteleinlasskanal das Dichtmittel in den Dichtmittelkanal eingebracht werden. Dies erfolgt beispielsweise solange, bis das Dichtmittel durch den Dichtmittelauslasskanal wieder austritt. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass der Dichtmittelkanal vollständig mit dem Dichtmittel gefüllt ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Dichtmittelauslasskanal einen kleineren Querschnitt aufweist als der Dichtmitteleinlasskanal, um insoweit während des Einbringens des Dichtmittels in dem Dichtmittelkanal einen Druckverlauf zu gewährleisten, welcher ein vollständiges Ausfüllen des Dichtmittelkanals mit dem Dichtmittel bewirkt.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Einsatz bezüglich einer Längsmittelachse des Brennraums zylindrisch ist. Die Längsmittelachse des Brennraums liegt beispielsweise parallel zu einem Bewegungspfad des Kolbens in dem, dem Brennraum zugeordneten Zylinder beziehungsweise entspricht dieser. Unter der zylindrischen Ausgestaltung des Einsatzes ist zu verstehen, dass dieser zwei zueinander parallele Flächen aufweist, die von einer Mantelfläche miteinander verbunden sind, die aus zueinander parallelen Geraden gebildet wird. Nach dem Einsetzen des Einsatzes in die Aufnahme liegt diese Mantelfläche wenigstens bereichsweise der Wandung der Aufnahme gegenüber. Von dieser Mantelfläche können Vorsprünge, insbesondere Radialvorsprünge ausgehen. Des Weiteren kann die randoffene Vertiefung in der Mantelfläche ausgebildet sein.
-
Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Einsatz in die Aufnahme eingepresst ist. Das bedeutet, dass zwischen dem Einsatz und der Aufnahme eine Presspassung vorliegt, sodass der Einsatz zunächst kraftschlüssig in der Aufnahme gehalten ist. Die Presspassung wird durch eine Ausbildung des Einsatzes mit Übermaß gegenüber der Aufnahme erzielt.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraum und einen den Brennraum wenigstens bereichsweise abschließenden Zylinderkopf aufweist, wobei auf der dem Brennraum zugewandten Seite des Zylinderkopfs im Bereich des Brennraums ein Einsatz in eine Aufnahme des Zylinderkopfs eingesetzt wird. Dabei ist vorgesehen, dass zum Befestigen des Einsatzes in der Aufnahme ein von dem Einsatz und einer Wandung der Aufnahme zumindest bereichsweise gebildeter Dichtmittelkanal mit einem Dichtmittel gefüllt wird. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise einer entsprechenden Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Die Brennkraftmaschine sowie das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 einen Bereich einer Brennkraftmaschine, nämlich eine einem nicht dargestellten Brennraum zugewandte Seite eines Zylinderkopfs, und
-
2 einen Schnitt durch einen Bereich des Zylinderkopfs.
-
Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, nämlich einen Bereich eines Zylinderkopfs 2. Dargestellt ist dabei die einem nicht gezeigten Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 zugewandte Seite des Zylinderkopfs 2. In dem Kurbelgehäuse sind mehrere Zylinder ausgebildet, welche jeweils einen Brennraum aufweisen. Der Zylinderkopf 2 ist nun dazu ausgebildet, die Zylinder beziehungsweise die Brennräume wenigstens bereichsweise abzuschließen, insbesondere vollständig zu überdecken. Auf der den Brennräumen zugewandten Seite des Zylinderkopfs 2 sind Einsätze 3 vorgesehen, welche jeweils in einer Aufnahme 4 angeordnet sind. Der Einsatz 3 ist bevorzugt materialuneinheitlich zu dem Zylinderkopf 2 ausgebildet. Beispielsweise besteht der Zylinderkopf 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, während der Einsatz 3 aus einem hochwarmfesten Werkstoff, beispielsweise Stahl oder dergleichen, besteht. In dem Einsatz 3 sind Durchtrittsöffnungen 5 für Ventile, insbesondere wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil, ausgebildet. Zudem kann eine weitere Durchtrittsöffnung 6 für ein Einspritzventil in jedem der Einsätze 3 vorliegen.
-
Die 2 zeigt einen Schnitt durch den Zylinderkopf 2 im Bereich eines der Einsätze 3. Es wird deutlich, dass ein Dichtmittelkanal 7 vorliegt, welcher mit einem Dichtmitteleinlasskanal 8 und einem Dichtmittelauslasskanal 9 strömungsverbunden ist. Der Dichtmittelauslasskanal 9 liegt dabei beispielsweise dem Dichtmitteleinlasskanal 8 bezüglich des Einsatzes 3 gegenüber. Der Dichtmittelkanal 7 wird von dem Einsatz 3 und einer Wandung 10 der Aufnahme 4 zumindest bereichsweise gemeinsam gebildet. Zu diesem Zweck ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine randoffene Vertiefung 11 in der Wandung 10 sowie eine randoffene Vertiefung 12 in dem Einsatz 3 ausgebildet. Sowohl die Vertiefung 11 als auch die Vertiefung 12 sind im Querschnitt halbkreisförmig und bilden bei Anordnung des Einsatzes 3 in der Aufnahme 4 gemeinsam den Dichtmittelkanal 7 mit kreisförmigem Querschnitt aus. Die Vertiefungen 11 und 12 umgreifen den Einsatz 3 in Umfangsrichtung vollständig bezüglich einer Längsmittelachse 13 des Zylinders beziehungsweise des Brennraums. Der Dichtmittelkanal 7 weist wie dargestellt über den Umfang des Einsatzes 3 hinweg einen wellenartigen Verlauf auf. Seine Axialposition bezüglich der Längsmittelachse 13 variiert also über den Umfang. Bevorzugt ist ein stetiger Verlauf des Dichtmittelkanals 7 realisiert.
-
Es wird deutlich, dass der Einsatz 3 zumindest bereichsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, bezüglich der Längsmittelachse 13 aufgebaut ist. Er weist mithin eine Mantelfläche 14 auf, in welcher die Vertiefung 12 ausgebildet ist. Ausgehend von der Mantelfläche 14 erstreckt sich ein Steg 15 in radialer Richtung nach außen. Der Steg 15 umgreift die Mantelfläche 14 des Einsatzes 3 in Umfangsrichtung vollständig. In dem Einsatz 3 ist wenigstens ein Kühlmittelkanal 16 ausgebildet, welcher unter Ausbildung einer Einlassöffnung 17 und einer Auslassöffnung 18 die Mantelfläche 14 des Einsatzes 3 durchgreift. Sowohl die Einlassöffnung 17 als auch die Auslassöffnung 18 fluchtet jeweils mit einem hier nicht dargestellten Kühlmittelkanal des Zylinderkopfs 2. Entsprechend ist dem Einsatz 3 durch die Einlassöffnung 17 Kühlmittel aus dem Zylinderkopf 2 zuführbar und durch die Auslassöffnung 18 wieder entnehmbar. Auf diese Art und Weise kann der Einsatz 3 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 zuverlässig gekühlt werden.
-
Bei einem Herstellen der Brennkraftmaschine 1 werden zunächst die Einsätze 3 in die entsprechenden Aufnahmen 4 eingepresst. Zu diesem Zweck sind die Einsätze 3 mit Übermaß ausgebildet. Die Einsätze 3 werden dabei derart angeordnet, dass die vorstehend beschriebene Ausrichtung der randoffenen Vertiefungen 11 und 12 zueinander vorliegen. Selbstverständlich kann alternativ vorgesehen sein, dass lediglich die Vertiefung 11 oder lediglich die Vertiefung 12 realisiert ist. Anschließend wird durch den Dichtmitteleinlasskanal 8 ein Dichtmittel, beispielsweise ein Klebstoff, in den Dichtmittelkanal 7 eingebracht. Dies erfolgt solange, bis das Dichtmittel aus dem Dichtmittelauslasskanal 9 austritt beziehungsweise der Dichtmittelauslasskanal 9 mit dem Dichtmittel gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Dichtmittelkanal 7 vollständig mit dem Dichtmittel gefüllt. Auf diese Art und Weise kann das Dichtmittel erst nach dem Einpressen des Einsatzes 3 in die Aufnahme 4 vorgenommen werden. Das Dichtmittel muss also nicht bereits vor dem Einpressen auf den Einsatz 3 oder in die Aufnahme 4 eingebracht werden. Durch diese Vorgehensweise wird ein zuverlässiges Abdichten von Einsatz 3 und Zylinderkopf 2 gegeneinander erzielt, sodass insgesamt mithilfe von höheren Drücken und/oder Temperaturen in den Brennräumen eine höhere Leistungsdichte der Brennkraftmaschine 1 erzielt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Einsatz
- 4
- Aufnahme
- 5
- Durchtrittsöffnung
- 6
- Durchtrittsöffnung
- 7
- Dichtmittelkanal
- 8
- Dichtmitteleinlasskanal
- 9
- Dichtmittelauslasskanal
- 10
- Wandung
- 11
- Vertiefung
- 12
- Vertiefung
- 13
- Längsmittelachse
- 14
- Mantelfläche
- 15
- Steg
- 16
- Kühlmittelkanal
- 17
- Einlassöffnung
- 18
- Auslassöffnung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
