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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Zylinderköpfe für Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits bekannt. Der Zylinderkopf weist ein Brennraumdach und wenigstens eine Aufnahme für eine Zündkerze auf. Mit anderen Worten ist die Zündkerze zumindest teilweise in der Aufnahme anordenbar. Die Zündkerze hat insbesondere die Aufgabe, ein zündfähiges Gemisch in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zu zünden. Der Brennraum ist beispielsweise als Zylinder ausgebildet und teilweise, insbesondere nach oben hin, durch das Brennraumdach des Zylinderkopfes begrenzt.
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Durch die mittels der Zündkerze ausgelöste Verbrennung im Brennraum entstehen sehr hohe Temperaturen im Brennraum und damit auch in dem Zylinderkopf, insbesondere in einem Bereich in der Nähe der Zündkerze und einem Auslassventil der Verbrennungskraftmaschine. Im Zuge der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen werden die spezifischen Leistungen von Verbrennungskraftmaschinen stetig gesteigert, so dass es zu immer höheren Temperaturen im Brennraum kommt. Dies geht mit einer stetig steigenden Temperaturbelastung des Zylinderkopfes, insbesondere des Brennraumdaches, einher. Falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen vorgesehen sind, kann eine übermäßige Temperaturbelastungen zu Rissen im Zylinderkopf führen, insbesondere in der Nähe der Zündkerze und dem Auslassventil:
Die
EP 2 607 681 A2 offenbart eine Wärmeleitvorrichtung zur Ableitung von Wärme eines Zündkerzengehäuses einer Zündkerze einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines stationären Gasmotors. Dabei ist vorgesehen, dass die Wärmeleitvorrichtung zumindest teilweise verformbar, insbesondere elastische verformbar, und im Wesentlichen inkompressibel ist.
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Ferner offenbart die
DE 199 28 838 C1 einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einem Zylinderkopfteil, durch welches wenigstens ein Brennraumdach zum Begrenzen eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise gebildet ist. Der Zylinderkopf weist ferner wenigstens eine Aufnahme für eine Zündkerze auf. Mit anderen Worten ist die Zündkerze zumindest teilweise in der Aufnahme anordenbar beziehungsweise aufnehmbar. Die Aufnahme zumindest teilweise durch ein mit dem Zylinderkopfteil verbundenes Einsatzteil des Zylinderkopfes begrenzt ist, wobei das Einsatzteil als Hülse ausgebildet ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Zylinderkopf eine besonders hohe Robustheit insbesondere gegenüber Temperaturbelastungen aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine besonders hohe Robustheit insbesondere gegenüber Temperaturbelastungen aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das das Brennraumdach teilweise durch das Zylinderkopfteil und teilweise durch das die Aufnahme für die Zündkerze zumindest teilweise begrenzende Einsatzteil gebildet ist. Mit anderen Worten wird der Brennraum im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine nicht nur durch das Zylinderkopfteil sondern auch durch das Einsatzteil begrenzt, da zumindest ein Teilbereich des Einsatzteils zum Brennraum hin in Bezug auf das Zylinderkopfteil überdeckungsfrei angeordnet ist. Dies bedeutet, dass zumindest ein Teilbereich des Einsatzteils zum Brennraum hin nicht durch das Zylinderkopfteil überdeckt ist.
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Vorzugsweise ist das Einsatzteil aus einem ersten Werkstoff gebildet, wobei das Zylinderkopfteil aus einem von dem ersten Werkstoff unterschiedlichen, zweiten Werkstoff gebildet ist. Das Einsatzteil kann insbesondere im Bereich der Zündkerze auftretende, hohe Temperaturen schadfrei ertragen und das Zylinderkopfteil in diesem Bereich vor übermäßigen Temperaturbelastungen schützen, so dass der Zylinderkopf insgesamt eine hohe Robustheit aufweist. In der Folge können besonders hohe Temperaturen, insbesondere Verbrennungstemperaturen, im Brennraum bewirkt werden, woraus besonders hohe Bauteiltemperaturen des Zylinderkopfes resultieren.
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Hierbei kann der Zylinderkopf auch diese hohen Temperaturen schadfrei ertragen, so dass eine besonders hohe Leistung der Verbrennungskraftmaschine auch mit einem nur geringen Hubvolumen darstellbar ist. Der Zylinderkopf ermöglicht es somit, die Verbrennungskraftmaschine besonders ausgeprägt nach dem sogenannten Downsizing-Konzept auszugestalten.
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Die Aufnahme ist beispielsweise teilweise durch das Zylinderkopfteil begrenzt, wobei die Aufnahme teilweise als Bohrung im Zylinderkopfteil ausgeführt ist. Das Zylinderkopfteil begrenzt einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine teilweise, wobei der Brennraum beispielsweise als Zylinder der als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
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Vorzugsweise weist die Aufnahme ein erstes Gewinde, insbesondere in Innengewinde, auf. Die Zündkerze, insbesondere ein Gehäuse dieser, weist beispielsweise ein mit dem ersten Gewinde korrespondierendes, zweites Gewinde, insbesondere Außengewinde, auf, über welches die Zündkerze mit dem ersten Gewinde verschraubt und somit am Zylinderkopf in der Aufnahme befestigt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einsatzteil zwischen zwei Ventilaufnahmen des Zylinderkopfteils angeordnet. Eine erste der Ventilaufnahmen kann zum Aufnehmen eines Einlassventils und die zweite Ventilaufnahme kann zum Aufnehmen eines Auslassventils ausgebildet sein. Alternativ sind beide Ventilaufnahme zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines jeweiligen Auslass- oder Einlassventils ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Einsatzteil – bezogen auf einen fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine – zwischen einem Einlass- und einem Auslassventil, zwischen einem ersten und einem zweiten Einlassventil oder zwischen einem ersten und einem zweiten Auslassventil angeordnet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Zylinderkopf mindestens eine Ventilsitzringaufnahme auf. Die Ventilsitzringaufnahme ist zumindest teilweise durch das Einsatzteil begrenzt. Eine solche Ventilsitzringaufnahme dient zum Aufnehmen eines Ventilsitzrings, an welchem ein Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine in einer Schließstellung des Gaswechselventils an- beziehungsweise aufliegt. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass das Einsatzteil in die Ventilsitzringaufnahme hineinragt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Einsatzteil aus wenigstens einem Nichteisenmetall (NE-Metall), insbesondere aus einer Nichteisenmetall-Legierung gebildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Einsatzteil aus Sintermetall gebildet. Vorzugsweise weist das Sintermetall ein erstes Nichteisenmetall und ein zweites Nichteisenmetall auf. Insbesondere kann das Sintermetall mehrere Nichteisenmetalle aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Einsatzteil zumindest teilweise in das Zylinderkopfteil eingegossen. Vorzugsweise ist das Einsatzteil derart in das Zylinderkopfteil eingegossen, dass zumindest ein Bereich des Zylinderkopfteils, welcher dem Inneren des Brennraums zugewandt ist, durch das Einsatzteil überdeckt ist. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Zylinderkopfteil mit dem Einsatzteil mittels einer Schmelzverbindung verbunden ist.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Einsatzteil, welches einen Brennraumeinleger darstellt, zum Brennraum hin bearbeitet ist. Der Brennraumeinleger (Einsatzteil) kann mit einer mechanischen Bearbeitung, Umformung und/oder Beschichtung, insbesondere an der Oberfläche, versehen sein, um das Einsatzteil hierdurch beispielsweise gegen Lösen vom Brennraumdach zu sichern und/oder eine vorteilhafte Schmelzverbindung mit dem Zylinderkopfteil darzustellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 ausschnittsweise schematische Schnittansicht eines Zylinderkopfes gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Verbrennungskraftmaschine, mit zumindest einem Zylinderkopfteil, durch welches wenigstens ein Brennraumdach zum Begrenzen eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine zumindest teilweise gebildet ist, und mit wenigstens einer Aufnahme für eine Zündkerze, wobei die Aufnahme zumindest teilweise durch ein mit dem Zylinderkopfteil verbundenes Einsatzteil begrenzt ist, und wobei das Brennraumdach teilweise durch das Zylinderkopfteil und teilweise durch das die Aufnahme für die Zündkerze zumindest teilweise begrenzende Einsatzteil gebildet ist.
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Zylinderkopfes gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Zylinderkopfes gemäß einer dritten Ausführungsform.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Zylinderkopf 1 für eine als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine. Der Zylinderkopf 1 weist ein Zylinderkopfteil 2 auf, durch welches wenigstens ein Brennraumdach 3 zum Begrenzen eines Brennraums 4 der Verbrennungskraftmaschine teilweise gebildet ist. Der Brennraum 4 ist als Zylinder ausgebildet und im fertig hergestellten Zustand der Verbrennungskraftmaschine nach oben hin durch das Brennraumdach 4 begrenzt.
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Der Zylinderkopf 1 weist ferner wenigstens eine Aufnahme 5 für eine Zündkerze auf. In der Aufnahme 5 ist die Zündkerze zumindest teilweise anordenbar. Die Zündkerze dient zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im dem Brennraum 4. Die Aufnahme 5 weist ein erstes Gewinde in Form eines Innengewindes 6 auf. Die Zündkerze, insbesondere ein Gehäuse dieser, weist ein zweites Gewinde in Form eines Außengewindes auf, welches in das Innengewinde eingeschraubt werden kann. Hierdurch kann die Zündkerze in der Aufnahme 5 und somit am Zylinderkopfteil 2 befestigt werden.
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Der Zylinderkopf 1 umfasst auch ein mit dem Zylinderkopfteil 2 verbundenes Einsatzteil in Form eines Brennraumeinlegers 7. Aus 1 ist erkennbar, dass ein erster Teil 8 der Aufnahme 5 durch das Zylinderkopfteil 2 gebildet ist. Ein sich an den ersten Teil 8 zum Brennraum 4 hin anschließender, zweiter Teil 9 der Aufnahme 5 ist durch den Brennraumeinleger 7 begrenzt. Im am Zylinderkopf befestigten Zustand durchdringt die Zündkerze den zweiten Teil 9 und ragt in den Brennraum 4 ein. Der Brennraumeinleger 7 und das Zylinderkopfteil 2 sind aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Um nun eine besonders hohe Robustheit des Zylinderkopfes 1 insgesamt zu realisieren, ist das Brennraumdach 3 teilweise durch das Zylinderkopfteil 12 und teilweise durch den die Aufnahme 5 für die Zündkerze teilweise begrenzenden Brennraumeinleger 7 gebildet. Hierdurch ist das Zylinderkopfteil 2 im Bereich der Aufnahme 5 beziehungsweise der Zündkerze vor insbesondere im Bereich der Zündkerze auftretenden, hohen Temperaturen geschützt, da diese Temperaturen vor allem auf den Brennraumeinleger 7 einwirken.
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Vorzugsweise ist der Brennraumeinleger 7 aus zumindest einem Nichteisenmetall oder einem Sintermetall gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Brennraumeinleger 7 in das Zylinderkopfteil 2 eingegossen ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Zylinderkopfteil 2 und der Brennraumeinleger 7 mittels wenigstens einer Schmelzverbindung miteinander verbunden sind. Weiterhin weist das Zylinderkopfteil 2 einen Kühlkanal 11 auf.
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Wie aus 1 erkennbar ist, überragt der Brennraumeinleger 7 das Zylinderkopfteil 2 ein Stück zum Brennraum 4 hin. Ferner ist der Brennraumeinleger 7 zum Brennraum 4 hin nicht oder nicht vollständig durch das Zylinderkopfteil 2 begrenzt, so dass das Brennraumdach 3 zum Teil durch eine Stirnseite 10 des Brennraumeinlegers 7 gebildet ist. Dies bedeutet, dass der Brennraum 4 durch die Stirnseite 10 teilweise begrenzt ist. Da das Zylinderkopfteil 2 im Bereich Aufnahme 5 zum Brennraum 4 hin durch den Brennraumeinleger 7 überdeckt ist, ist das Zylinderkopfteil 2 im Bereich der Aufnahme 5 mittels des Brennraumeinlegers 7 vor einer direkten Temperatureinwirkung aus dem Brennraum 4 geschützt.
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Mit anderen Worten kann eine Überhitzung des Zylinderkopfteils 2 im Bereich der Aufnahme 5 und/oder der in der Aufnahme 5 aufgenommenen Zündkerze mittels des Brennraumeinlegers 7 vermieden werden.
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Aus 1 ist erkennbar, dass der Brennraumeinleger 7 in der Nähe des Kühlkanals 9 angeordnet ist. Eine derart nahe Anordnung des Brennraumeinlegers 7 an einem Kühlkanal bewirkt ein vergleichsweise schnelles Abführen der über vom Brennraumeinleger 7 aufgenommen Wärme hin zu einem den Kühlkanal 11 durchströmenden Kühlmittel, welches vorzugsweise als Kühlflüssigkeit beziehungsweise Kühlwasser der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 mit dem Zylinderkopfteil 2 und dem Brennraumeinleger 7. Aus 2 ist erkennbar, dass der Zylinderkopf 1 auch zwei Ventilsitzringaufnahmen 12 und 13 aufweist. Die Ventilsitzringaufnahmen 12 und 13 sind dabei teilweise durch das Zylinderkopfteil 2 und teilweise durch den Brennraumeinleger 7 begrenzt.
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Aus 2 ist auch eine Aufnahme 14 für eine Einspritzdüse erkennbar. Die Aufnahme 14 ist durch das Zylinderkopfteil 2 begrenzt. Die Einspritzdüse dient zum direkten Einspritzen von Kraftstoff, insbesondere flüssigem Kraftstoff, in den Brennraum 4. Die Ventilsitzringaufnahmen 12 und 13 dienen zum Aufnehmen von Ventilsitzringen, an denen jeweilige Gaswechselventile in ihrer jeweiligen Schließstellung anliegen, das heißt aufsitzen.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Zylinderkopfes 1. Der Zylinderkopf 1 weist zwei weitere Ventilsitzringaufnahmen 15 und 16 auf. Vorzugsweise sind die Ventilsitzringaufnahmen 15 und 16 jeweiligen Einlassventilen zugeordnet, während die Ventilsitzringaufnahmen 12 und 13 jeweiligen Auslassventilen zugeordnet sind.
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Der Brennraumeinleger 7 ist bevorzugt näher an den Ventilsitzringaufnahmen 12 und 13 als an den Ventilsitzringaufnahmen 15 und 16 angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Brennraumeinleger 7 mit einer mechanischen Bearbeitung, Umformung und/oder Beschichtung zur Sicherung gegen Lösen vom Zylinderkopfteil 2 versehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Zylinderkopfteil
- 3
- Brennraumdach
- 4
- Brennraum
- 5
- Aufnahme
- 6
- Innengewinde
- 7
- Brennraumeinleger
- 8
- Teil
- 9
- Teil
- 10
- Stirnseite
- 11
- Kühlkanal
- 12
- Ventilsitzringaufnahme
- 13
- Ventilsitzringaufnahme
- 14
- Aufnahme
- 15
- Ventilsitzringaufnahme
- 16
- Ventilsitzringaufnahme
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2607681 A2 [0003]
- DE 19928838 C1 [0004]
