EP0580651A1 - Brennkraftmaschine. - Google Patents

Brennkraftmaschine.

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EP0580651A1
EP0580651A1 EP92908047A EP92908047A EP0580651A1 EP 0580651 A1 EP0580651 A1 EP 0580651A1 EP 92908047 A EP92908047 A EP 92908047A EP 92908047 A EP92908047 A EP 92908047A EP 0580651 A1 EP0580651 A1 EP 0580651A1
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cylinder
combustion engine
cylinder head
internal combustion
engine according
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Ludwig Elsbett
Guenter Elsbett
Klaus Elsbett
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
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    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • An internal combustion engine is known from DE-PS 348632, the cylinder head of which is of lightweight construction. However, this does not support the cylinder head plate in the middle in any way.
  • the task is solved by the characteristic features of the main claim.
  • the compressive forces which act on the center of the cylinder head plate can be transmitted into the screws with the least possible amount of material. Due to the massive configuration of the annular bead on the side of the cylinder head facing away from the cylinder, the fastening points are prevented from spreading apart even under strong pressures. This occurs even if only four screws are used per cylinder.
  • the contact zone is evenly loaded by a frustoconical ring support, so that there is no static see faults and therefore no leaks can occur.
  • the screw supports are connected only to the half of the cylinder head facing away from the cylinder.
  • the inlet and outlet channels can be designed in such a way that they are arranged only on the side of the cone-shaped support part facing the cylinder. As a result, its static stability is only broken through by the recesses for the valve stems.
  • a support ring is provided which avoids contact between the two parts.
  • This support ring is advantageously made of a deformable material, such as steel, in order to be able to adapt accordingly.
  • This dimensionally stable sealing ring is inserted with approximately the same wall thickness as the upper cylinder part between the upper cylinder part and the cylinder head.
  • the shape of the upper part of the cylinder prevents the expansion of the upper end of the cylinder by the gas pressure. The result is an improved tightness of the piston above the uppermost piston ring.
  • the cooling (oil cooling) of the support ring prevents the static and thermal expansion of the upper cylinder end, so that the forces from the cylinder head are introduced into the cylinder under constant conditions.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an inventive
  • FIG. 2 shows a top view of the cylinder head according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a longitudinal section as in FIG. 1 in the region of the support ring.
  • the force transmission 1 by a cylinder head fastening screw in screw opening 15 denotes the following force distribution 2 to the center of the cylinder head plate and via the ring support 3 to the edge and to the support ring 4.
  • the mixing and firing process is also adversely affected by such bending vibrations.
  • the shape of the inlet and outlet channels 6 and 7 is subordinate to the shape of the support cone 11 of the cylinder head 14.
  • the length of the screw supports 1 _? in the annular bead 13 is so limited that the effect of the ring support 3 on the uniform force distribution over the entire circumference is not influenced.
  • the support ring 4 has the task of ensuring gas tightness with the uniform circumferential force of the screw pressure.
  • the bore slugs 17 for valve guidance protrude beyond the conical jacket-shaped support part 11.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section like FIG. 1 in the region of the support ring 4 through the cylinder 8 and the cylinder head 14 of a piston internal combustion engine, the piston 18 being in the uppermost piston position.
  • a dimensionally stable metal sealing and support ring 4 projects over the cylinder 8 and encloses it and projects into the cylinder head 14.

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Description

BRENNKRAFTMASCHINE
Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Aus der DE-PS 348632 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Zylinderkopf in Leichtbauweise ausgeführt ist. Dadurch ist jedoch die Zylinderkopfplatte in der Mitte in keiner Weise abgestützt. Durch die enormen Drücke, die bei modernen Motoren, insbesondere Dieselmotoren, entstehen, kann es zu einer Durchbiegung der Zylinderkopfplatte kommen, wobei es zu starken Verschleißerscheinungen an den Ventilsitzen kommt .
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und trotz Leichtbauweise die Zylinderkopfplatte stabil hält.
Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Auf diese Weise können die Druckkräfte, die auf die Mitte der Zylinderkopfplatte wirken, mit ge¬ ringstmöglichem Materialaufwand in die Schrauben übertragen werden. Durch die massive Ausgestaltung des Ringwulstes an der dem Zylinder abgewandten Seite des Zylinderkopfes wird auch bei starken Drücken das Auseinanderstreben der Befesti¬ gungspunkte verhindert. Dies tritt selbst dann ein, wenn pro Zylinder nur vier Schrauben verwendet werden.
Durch eine kegelstumpfförmige Ringstütze wird auch die Kon- taktzone gleichmäßig belastet, so daß es zu keinen stati- sehen Verwerfungen und damit zu keinen Undichtigkeiten kommen kann. Um die richtige Verteilung der Anpreßkräfte auf das kegelmantelförmige Stützteil und die kegeistumpf- förmige Ringstütze zu gewährleisten, sind die Schraubenstüt- zen nur mit der dem Zylinder abgewandten Hälfte des Zylin¬ derkopfes verbunden.
Da der massive Ringwulst die Befestigungspunkte für die Schrauben in einem statisch stabilen Ring verbindet, kann auf eine obere Abdeckung des Zylinderkopfes verzichtet werden. Auf diese Weise können Steuerungsteile für die Ven¬ tilschäfte bereits in den Kopf integriert werden und die Bauhöhe der Brennkraftmaschine verringert werden.
Die Ein- und Auslaßkanäle können so gestaltet werden, daß sie nur auf der dem Zylinder zugewandten Seite des kegelman¬ telförmigen Stützteils angeordnet sind. Dadurch wird dieses in seiner statischen Stabilität nur noch von den Ausnehmun¬ gen für die Ventilschäfte durchbrochen.
Um den Zylinder und den Zylinderkopf zu entkoppeln und so nicht zwangsläufig thermisch bedingte Verformungen von einem Teil auf das andere überzuleiten, ist ein Stützring vorgesehen, der die Berührung beider Teile vermeidet. Dieser Stützring ist in vorteilhafter Weise aus einem verformbaren Material, wie zum Beispiel Stahl, ausgeführt, um sich ent¬ sprechend anpassen zu können.
Dieser formsteife Dichtring ist mit etwa der gleichen Wand¬ stärke wie das Zylinderoberteil zwischen Zylinderoberteil und Zylinderkopf eingesetzt. Durch eine Formgebung, die das Zylinderoberteil umfaßt, wird die Aufweitung des oberen Endes des Zylinders durch den Gasdruck verhindert. Das Er¬ gebnis ist eine verbesserte Dichtheit des Kolbens schon oberhalb des obersten Kolbenringes. Zuzüglich hindert die Kühlung (Ölkühlung) des Stützringes die statische und ther¬ mische Ausdehnung des oberen Zylinderendes, so daß die Kräfte aus dem Zylinderkopf unter gleichbleibenden Bedin¬ gungen in den Zylinder eingeleitet werden.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Zylinderkopf und Zylinder
- Fig. 2 eine Aufsicht auf den Zylinderkopf nach Fig. 1
- Fig. 3 einen Längsschnitt wie Fig. 1 im Bereich des Stützringes.
In Fig. 1 ist mit der Krafteinleitung 1 durch eine Zylinder¬ kopfbefestigungsschraube in Schraubenöffnung 15 die nachfol¬ gende Kraftverteilung 2 zur Mitte der Zylinderkopfplatte und über die Ringstütze 3 zum Rand und zum Stützring 4 gekennzeichnet. Damit ist sichergestellt, daß die Kopfplatte 5, die dem Gasdruck standhalten muß, der im Zylinder 8 wirk¬ sam ist, sich nicht durchbiegen kann. Jede Verformung würde die Ventilsitze 9 und 10 in Bewegung bringen, was die Stand- zeit des Motors durch den Verschleiß von Ventil und Sitz re¬ duzieren würde. Auch der Misch- und Brennvorgang wird durch solche Biegeschwingungen negativ beeinflußt. Die Form der Ein- und Auslaßkanäle 6 und 7 ist der Form des Stützkegels 11 des Zylinderkopfes 14 untergeordnet.
Die Länge der Schraubenstützen 1 _? im Ringwulst 13 ist so be- grenzt, daß die Wirkung der Ringstütze 3 auf die gleichmäßi¬ ge Kraftverteilung auf- den ganzen Umfang nicht beeinflußt wird. Der Stützring 4 hat die Aufgabe, mit der gleichmäßigen Umfangskraft des Schraubendruckes die Gasdichtheit zu ge¬ währleisten. Die Bohrungsbutzen 17 zur Ventilführung über- ragen das kegelmantelförmige Stützteil 11.
Fig. 2 zeigt die Ringplatte 13, die alle vier Zylinderkopf¬ schrauben in direktem Kraftfluß zusammenhält und auch die Einleitung der Schraubenkräfte in den formsteifen Stützkegel 11 garantiert.
Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt wie Fig. 1 im Bereich des Stützringes 4 durch den Zylinder 8 und den Zylinderkopf 14 einer Kolbenbrennkraftmaschine, wobei der Kolben 18 sich in oberster Kolbenstellung befindet. Ein formsteifer metal¬ lener Dicht- und Stützring 4 ragt über den Zylinder 8 und umschließt ihn und ragt in den Zylinderkopf 14 hinein. Ein Kühlmedium 19, vorzugsweise Öl, umspült das obere Teil des Zylinders im Bereich des Ringträgers des Kolbens 18; eine Kühlmanschette 19 dichtet die Kühlflüssigkeit nach außen ab.

Claims

P ATENTA NS PRÜCH E
1. Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder 8, dessen verdichtungsseitige Öffnung mit einem Zylinder- köpf 14 verschlossen ist, der mit Schrauben auf dem Zylinder befestigt ist und bei dem die Kontaktzone zwischen Zylinder und Zylinderkopf kreisringförmig ausge¬ bildet ist und innerhalb eines durch die Verankerungs¬ punkte der Schrauben im Zylinder festgelegten Kreises liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenöffnun¬ gen 15 in einem massiven Ringwulst 13 angeordnet sind und ein Teil der Anpreßkräfte von den Schrauben über die Ringwulst und ein kegelmantelförmiges Stützteil 11 auf gerader Linie 2 auf die Mitte der Zylinderkopfplatte 5 geleitet wird.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein Teil der Anpreßkräfte über die Ringwulst und eine kegelstumpfförmige Ringstütze 3 in gerader Linie auf die Kontaktzone geleitet wird.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die geraden Verbindungslinien zwischen den Schrauben in der Krafteinleitungsebene 16 innerhalb des Ringwulstes verlaufen.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schraubenstützen 12 lediglich in etwa die obere Hälfte des Zylinderkopfes überdecken.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Zylinderkopf an seiner dem Zylin¬ der abgewand"ten Seite offen ist.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßkanäle 6 und 7 im Zylinderkopf so angeordnet sind, daß sie sich dem kegel¬ mantelförmigen Stützteil anpassen und dieses nur durch die Ventilschaftausnehmungen durchbrochen wird.
7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Kontakt zwischen Zylinder und Zylinderkopf über einen Stützring 4 hergestellt wird.
8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Stützring 4 den Zylinder 3 um¬ grei t.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Stützring 4 den Zylinderkopf in
Höhe der Ventilsitze umgreift.
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DE4124999 1991-07-27
DE4124999 1991-07-27
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EP (1) EP0580651B1 (de)
AT (1) ATE129315T1 (de)
AU (1) AU1545392A (de)
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