EP4469672B1

EP4469672B1 - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine mit einem brennraum und die verwendung einer dichthülse zum abdichten eines zylinderkopfes

Info

Publication number: EP4469672B1
Application number: EP23703697.5A
Authority: EP
Inventors: Johannes KLOSTERBERG; Thomas Werner; Klaus-Peter BARK; Georg Töpfer; Manuel HIRMER
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2025-11-26
Anticipated expiration: 2043-01-23
Also published as: WO2023143854A1; EP4469672A1; DE102022000302A1; CN118591685A; US12416275B2; US20250116242A1; KR20240135013A; JP2025501908A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum und die Verwendung einer Dichthülse zum Abdichten eines Zylinderkopfes.
Zylinderköpfe schließen den Brennraum von Brennkraftmaschinen auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite ab. In Zylinderköpfen sind Ein- und Auslasskanäle, Ölkanäle für die Schmierung mechanisch beweglicher Teile und auch Kühlmittelkanälen integriert. Der Zylinderkopf ist zudem Träger der Ventile, des Ventiltriebs sowie von Injektor- und Zündvorrichtungen. Die Injektor- und Zündvorrichtungen sind dabei in Ausnehmungen angeordnet, die sich durch den Zylinderkopfgrundkörper von einer dem Brennraum zugewandten Brennraumwandung bis zu einer gegenüberliegenden Wandung des Zylinderkopfgrundkörpers erstrecken. Die genannten Ausnehmungen durchdringen dabei teilweise ein oder mehrere von den Ölkanälen und den Kühlmittelkanälen. Durch entsprechende Dichtungsanordnungen in Form von Hülsen, in die die Injektor- und Zündvorrichtungen eingesetzt sind, wird dabei einerseits verhindert, dass Öl respektive Kühlmittel sich miteinander mischen oder in den Brennraum eindringen können und andererseits, dass durch den Kolben komprimierte Gase durch die Ausnehmungen aus dem Brennraum entweichen können.
Aus der DE 10 2011 001 231 A1 ist eine Hülse für eine Brennkraftmaschine bekannt, die zur Aufnahme eines Kraftstoff-Injektors und zur Einführung in eine Aufnahme eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Die US 2019/0379181 A1 offenbart eine Zündkerze mit einem zylindrischen Gehäuse, einem in das Gehäuseinnere eingesetzten zylindrischen Isolator, einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode.
Aus der FR 2 875 862 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, mit einer Injektorbohrung, in die eine Injektorhülse eingesetzt ist. Die Injektorbohrung umfasst eine obere zylindrische Lagerfläche, in der das obere Ende der Injektorhülse eingepresst ist.
Die Hülse weist eine außenkonische Anlagefläche auf, die mit einer innenkonischen Anlagefläche des Zylinderkopfes in Anlage ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum vorzuschlagen, der eine erhöhte Dichtigkeit gegenüber dem Brennraum aufweist.
Die Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf für einen Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, gelöst, umfassend: einen Grundkörper mit einer Brennraumwandung zum Abschließen des Brennraumes der Brennkraftmaschine, wobei der Grundkörper eine Ausnehmung aufweist, die die Brennraumwandung mit einer ersten Öffnung durchdringt und einen Anlageabschnitt mit einer sich verjüngenden inneren Anlagefläche umfasst; und eine Dichthülse, die einen Dichtabschnitt mit einer sich verjüngenden äußeren Dichtfläche aufweist, wobei die Dichthülse und der Grundkörper derart miteinander verspannt sind, dass die Anlagefläche und die Dichtfläche dichtend in Anlage sind, wobei zumindest einer von dem Anlageabschnitt und dem Dichtabschnitt zumindest teilweise plastisch verformt ist.
Der Kontakt zwischen der Anlagefläche und der Dichtfläche bildet insofern eine erste Dichtung zwischen dem Grundkörper und der Dichthülse.
Der erfindungsgemäße Zylinderkopf weist den Vorteil auf, dass durch die zumindest teilweise plastische Verformung von Anlageabschnitt und/oder Dichtabschnitt aufgrund der Verspannung von Dichthülse und Grundkörper eine mögliche Leckage im Kontakt zwischen der Anlagefläche und dem Dichtabschnitt eliminiert wird. Weiter werden Oberflächenrauigkeiten, die zu Setzerscheinung führen, die im Lebenszyklus des Zylinderkopfes einen Verlust der Dichtwirkung bedingen können, durch die plastische Verformung von Anlageabschnitt und/oder Dichtabschnitt schon mit der Montage der Dichthülse in den Grundkörper eliminiert. Die Verspannkraft zwischen Grundkörper und Dichthülse bleibt somit über den Lebenszyklus des Zylinderkopfes weitgehend konstant und die Dichtwirkung bleibt dauerhaft erhalten.
Die Dichthülse kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Insofern kann die Dichthülse auch als Dichthülsenanordnung bezeichnet werden.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Dichthülse aus einem Material mit geringerer Brinellhärte hergestellt sein als der Grundkörper. In diesem Fall wird zumindest der Dichtabschnitt der Dichthülse zumindest teilweise plastisch verformt. Die Dichthülse kann insbesondere aus einem unlegierten oder niedrig legierten Baustahl hergestellt sein. Dies hat beispielsweise gegenüber häufig verwendeten Kupferhülsen den Vorteil, dass die Dichthülse auch bei sehr hohen Temperaturen, wie sie insbesondere in der Nähe der Brennraumwandung regelmäßig an einem Zylinderkopf auftreten, nicht zu einem Kriechen führt, sodass die Verspannkraft zwischen der Dichthülse und dem Grundkörper sowie die daraus resultierende Dichtwirkung während des Lebenszyklus des Zylinderkopfes dauerhaft aufrecht erhalten bleibt.
In einer möglichen Ausführungsform kann der Grundkörper aus einem Material mit geringerer Brinellhärte hergestellt sein als die Dichthülse. In diesem Fall wird zumindest der Anlageabschnitt des Grundkörpers zumindest teilweise plastisch verformt. Der Grundkörper kann insbesondere aus einem Gusswerkstoff hergestellt sein, beispielweise aus einem Grauguss.
In der Dichthülse kann eine Injektoranordnung oder eine Zündkerzenanordnung aufgenommen sein. Die Injektoranordnung oder die Zündkerzenanordnung kann dabei in die Seele der Dichthülse eingesetzt sein und mit dieser über ein Gewinde verspannt sein. Zwischen der Injektoranordnung oder der Zündkerzenanordnung und der Dichthülse kann durch die Verspannung eine Dichtpressung und/oder ein Dichtelement vorgesehen sein.
In einer möglichen Ausführungsform des Zylinderkopfes kann die Dichthülse ein Außengewinde aufweisen, das in ein Innengewinde der Ausnehmung des Grundkörpers eingreift, sodass die Dichthülse und der Grundkörper derart miteinander verspannt sind, dass die Anlagefläche und die Dichtfläche dichtend in Anlage sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Anlageabschnitt innenkonisch und/oder der Dichtabschnitt außenkonisch sein. Es ist darüber hinaus möglich, dass die Anlagefläche innenkonisch und/oder die Dichtfläche außenkonisch ist.
Ferner kann in einer möglichen Ausführungsform eine Erstreckung des Dichtabschnittes bezüglich einer Längsachse der Ausnehmung kleiner sein als eine Erstreckung des Anlageabschnittes. Es ist auch möglich, dass sich ein Kontaktbereich, in dem die Anlagefläche und die Dichtfläche in Anlage sind, über einen Teil der Anlagefläche erstreckt. Somit können hohe Flächenpressungen erzielt werden, die einerseits zu einer vereinfachten plastischen Verformbarkeit führen und andererseits zu einer erhöhten Dichtwirkung.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Dichthülse einen Freistich aufweisen, der an den Dichtabschnitt an dessen schmaleren Ende anschließt. Somit kann eine Anlage zwischen der Dichthülse und dem Zylinderkopfgrundkörper außerhalb der dichtenden Anlage zwischen der Anlagefläche und die Dichtfläche verhindert werden. Die durch die Verspannung von Dichthülse und Grundkörper aufgebrachte Verspannkraft wird somit im Bereich der dichtenden Anlage zwischen der Dichthülse und dem Grundkörper übertragen. Somit kann die im Kontaktbereich wirkende Flächenpressung erhöhte werden, sodass es einerseits eine vereinfachte plastische Verformbarkeit kommt und andererseits zu einer erhöhten Dichtwirkung.
In einer möglichen Ausführungsform des Zylinderkopfes umfasst dieser eine Zylinderkopfabdeckung, die mit dem Grundkörper verbunden ist, sodass ein Ölraum zwischen der Zylinderkopfabdeckung und dem Grundkörper gebildet ist, wobei die Ausnehmung eine Ölraumwandung des Grundkörpers mit einer zweiten Öffnung durchdringt. Die Dichthülse kann sich in diesem Fall in den Ölraum erstrecken.
In einer möglichen Ausführungsform kann sich die Ausnehmung durch einen Kühlmittelkanal des Grundkörpers erstrecken. In diesem Fall kann der Anlageabschnitt der Ausnehmung zwischen der die Brennraumwandung durchdringenden ersten Öffnung und dem Kühlmittelkanal des Grundkörpers angeordnet sein. Der Kontakt zwischen der Anlagefläche und der Dichtfläche bildet somit eine erste Dichtung, die den Kühlmittelkanal gegenüber der Seite der Brennraumwandung abdichtet.
Ferner können zwischen der Dichthülse und dem Grundkörper eine zweite Dichtung und eine dritte Dichtung vorgesehen sein, die jeweils zwischen dem Kühlmittelkanal und der zweiten Öffnung der Ausnehmung angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform des Zylinderkopfes kann die Zylinderkopfabdeckung eine Einstecköffnung umfassen. Die Dichthülse kann sich in diesem Fall durch den Ölraum und die Einstecköffnung hindurch erstrecken.
Die Dichthülse kann in einer Ausführungsform einen Flanschabschnitt umfassen, über den die Dichthülse mit der Zylinderkopfabdeckung verbunden, insbesondere verspannt, ist, sodass die Dichthülse mit dem Grundkörper derart verspannt ist, dass zwischen der Anlagefläche und der Dichtfläche die erste Dichtung gebildet ist. Grundsätzlich ist es somit denkbar, dass die Verspannkraft zwischen der Dichthülse und dem Grundkörper entweder durch die Verspannung zwischen dem Außengewinde der Dichthülse und dem Innengewinde der Ausnehmung des Grundkörpers oder durch die Verspannung der Dichthülse mit der Zylinderkopfabdeckung über den Flanschabschnitt aufgebracht wird. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Verspannkraft zwischen Dichthülse und Grundkörper zu einem Teil durch die Verspannung zwischen dem Außengewinde der Dichthülse und dem Innengewinde der Ausnehmung des Grundkörpers und zu einem anderen Teil durch die Verspannung der Dichthülse mit der Zylinderkopfabdeckung über den Flanschabschnitt aufgebracht wird.
Die Injektoranordnung bzw. die Zündkerzenanordnung kann über Spannmittel gemeinsam mit dem Flanschabschnitt mit der Zylinderkopfabdeckung verbunden, insbesondere verspannt, sein.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Dichthülse ein Flanschelement mit dem Flanschabschnitt und ein Hülsenelement mit dem Dichtabschnitt umfassen, die in Richtung einer Längsachse der Dichthülse verschiebbar ineinandergreifen, wobei zwischen dem Flanschelement und dem Hülsenelement eine vierte Dichtung vorgesehen ist.
In einer möglichen Ausführungsform kann die Dichthülse ein Flanschelement und ein Hülsenelement mit dem Dichtabschnitt umfassen, die in Richtung einer Längsachse der Dichthülse verschiebbar ineinandergreifen, wobei das Flanschelement mit der Zylinderkopfabdeckung einteilig ausgestaltet ist. Mit anderen Worten kann das Flanschelement in die Zylinderkopfabdeckung integriert sein.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird ferner gelöst durch die Verwendung einer Dichthülse zum Abdichten eines Zylinderkopfes, der in einem Grundkörper eine Ausnehmung mit einem Anlageabschnitt mit einer innenkonischen Anlagefläche aufweist, gegenüber dem Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei die Dichthülse einen Dichtabschnitt mit einer außenkonischen Dichtfläche mit einem Konuswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche und sich der Konuswinkel der Dichtfläche der Dichthülse um zumindest 0,5 Grad und/oder um maximal 5 Grad von dem Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche unterscheidet.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Dichthülse kommt es bei der Montage zunächst zu einem Kantentragen zwischen der Dichtfläche und der Anlagefläche, sodass hohe lokale Pressungen entstehen, die zu einer plastischen Verformung von zumindest einem von dem Anlageabschnitt und dem Dichtabschnitt führen. Durch die plastische Verformung werden Leckagestellen abgedichtet und Unebenheiten, die zu Setzkraftverlusten führen können, eingeebnet, sodass eine hohe dauerhafte Dichtwirkung erzielt werden kann.
Insbesondere unterscheidet sich der Konuswinkel der Dichtfläche der verwendeten Dichthülse um zumindest 1 Grad von dem Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche. Der Konuswinkel der Dichtfläche der verwendeten Dichthülse kann sich um maximal 2 Grad von dem Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche unterscheiden.
Die verwendete Dichthülse kann zudem eine oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die zuvor im Kontext des Zylinderkopfes beschrieben wurden.
Nachfolgend werden anhand der Figurenzeichnungen Ausführungsbeispiele erläutert.
Hierin zeigt

Figur 1: einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer ersten Ausführungsform in einer Schnittansicht;
Figur 2: einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 1;
Figur 3: eine Detailansicht des Kontaktes zwischen der Dichtfläche der Dichthülse und der Anlagefläche des Grundkörpers des Zylinderkopfes aus Figur 1 im montierten Zustand der Dichthülse;
Figur 4: eine Detailansicht des Kontaktes zwischen der Dichtfläche der Dichthülse und der Anlagefläche des Grundkörpers des Zylinderkopfes aus Figur 1 im vormontierten Zustand der Dichthülse;
Figur 5: einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittansicht;
Figur 6: einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer dritten Ausführungsform in einer Schnittansicht, und
Figur 7: einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer vierten Ausführungsform in einer Schnittansicht.

In den Figuren 1 bis 4, die nachfolgend gemeinsam beschrieben werden, ist ein Zylinderkopf 1 dargestellt, der einen Grundkörper 2 und eine Zylinderkopfabdeckung 3 umfasst. Die Zylinderkopfabdeckung 3 ist mit dem Grundkörper 2 über nicht dargestellte Verbindungsmittel fest verbunden. Die Zylinderkopfabdeckung 3 und der Grundkörper 2 umschließen einen Ölraum 4, in dem ein der Übersicht halber nicht dargestellter Ventiltrieb mit Nockenwelle angeordnet ist.
Der Grundkörper 2 weist eine Brennraumwandung 5 auf, die auch als Flammendeck bezeichnet werden kann. Gegenüberliegend von der Brennraumwandung 5 und in Richtung der Zylinderkopfabdeckung 3 orientiert weist der Grundkörper 2 eine Ölraumwandung 6 auf.
Der Grundkörper 2 ist aus einem Gusswerkstoff hergestellt, wobei ein Einlasskanal 7 sowie ein Auslasskanal 8 in den Grundkörper 2 eingegossen sind. Der Einlasskanal 7 und der Auslasskanal 8 durchdringen jeweils die Brennraumwandung 5. Der so in der Brennraumwandung 5 gebildete Einlass respektive Auslass kann in der dem Fachmann bekannten Art durch eine Einlassventilanordnung 9 respektive Auslassventilanordnung 10 wahlweise verschlossen oder geöffnet werden. Die Längsachse der Einlassventilanordnungen 9 ist dabei im vorliegenden Fall parallel zu der Längsachse der Auslassventilanordnungen 10 angeordnet. Es versteht sich, dass die Längsachse der Einlassventilanordnung 9 und der Auslandsventilanordnung 10 auch schräg zueinander angeordnet sein können.
Ferner weist der Grundkörper 2 eine Ausnehmung 11 auf, die vorliegend in Form einer Bohrung ausgestaltet ist. Es versteht sich, dass die Ausnehmung 11 alternativ auch direkt in den Grundkörper 2 eingegossen sein könnte. Die Ausnehmung 11 durchdringt die Brennraumwandung 5 mit einer ersten Öffnung 12 und die Ölraumwandung 6 mit einer zweiten Öffnung 13. Die Ausnehmung 11 erstreckt sich somit durch den Grundkörper 2 von der ersten Öffnung 12 bis zu der zweiten Öffnung 13 hindurch. Hierbei durchdringt die Ausnehmung 11 einen Kühlmittelkanal 14, der von Kühlmittel zur Kühlung des Zylinderkopfes 1 durchströmt werden kann.
In die Ausnehmung 11 ist eine Dichthülse 15 eingesetzt, um den Ölraum 4 sowie den Kühlmittelkanal 14 gegenüber der Seite der Brennraumwandung 5 abzudichten. Die Dichthülse 15 erstreckt sich durch die Ausnehmung 11 bis in den Ölraum 4 und von dort durch die Zylinderkopfabdeckung 3. Die Längsachse der Dichthülse 15 ist dabei parallel zu den Längsachsen der Einlassventilanordnung 9 und der Auslassventilanordnung 10 angeordnet.
Die Dichthülse 15 weist einen Dichtabschnitt 16 mit einer sich verjüngenden Dichtfläche 17 auf. Die Dichtfläche 17 erstreckt sich somit entlang der Längsachse der Dichthülse 15 in Richtung der Brennraumwandung 5 auf allmählich kleiner werdenden Durchmessern. Am schmalen Ende des Dichtabschnittes 16 schließt ein Absatz 20 in Form eines Freistichs an. Am breiten Ende des Dichtabschnittes 16 schließt ein Absatz 40 an, der bezüglich der Längsachse zylindrisch ausgeführt ist. Alternativ kann der Absatz 40 in Richtung des Dichtabschnittes 16 verjüngend ausgeführt sein. Der Absatz 40 und der Dichtabschnitt 16 bilden zusammen eine nach außen gewölbte Oberfläche der Dichthülse 15.
Die Ausnehmung 11 weist einen Anlageabschnitt 18 mit einer sich ebenfalls verjüngenden Anlagefläche 19 auf. Die Dichtfläche 17 und die Anlagefläche 19 stehen in einem Kontaktbereich abdichtend in Anlage zueinander. Außerdem wird durch die Anlage der sich verjüngenden Flächen eine Zentrierung der Dichthülse 15 in der Ausnehmung 11 sichergestellt.
Der Dichtabschnitt 16 weist bezüglich der Längsachse der Ausnehmung 11 eine Erstreckung H16 auf, die kleiner ist als die Erstreckung H18 des Anlageabschnittes 18. Hieraus resultiert, dass sich der Kontaktbereich, in dem die Dichtfläche 17 und die Anlagefläche 19 in Anlage stehen, über einen Teilbereich der Anlagefläche 19 erstreckt. Hierdurch wird ein Verklemmen der Dichthülse 15 in der Ausnehmung 11 verhindert.
Die Dichthülse 15 weist an einem der Brennraumwandung 5 zugewandten Ende ein Außengewinde 34 auf, das in ein in die Ausnehmung 11 eingebrachtes Innengewinde 35 eingeschraubt und mit diesem verspannt ist. Das Innengewinde 35 ist vorliegend zwischen der Brennraumwandung 5 und dem Kühlmittelkanal 14 in die Ausnehmung 11 eingebracht. Es versteht sich, dass das Innengewinde auch an einer anderen Stelle in der Ausnehmung 11 eingebracht sein kann. Beispielweise kann das Innengewinde in dem Bereich der Ausnehmung 11 angeordnet sein, der zwischen dem Kühlmittelkanal 14 und der zweiten Öffnung 13 liegt. Die durch die Verschraubung von Außengewinde 34 und Innengewinde 35 aufgebrachte Verspannkraft wird im Kontaktbereich zwischen der Dichtfläche 17 und der Anlagefläche 19 abgestützt. Die Verspannkraft ist dabei so gewählt, dass zumindest einer von dem Dichtabschnitt 16 der Dichthülse 15 und dem Anlageabschnitt 18 des Grundkörpers 2 durch die Verspannkraft plastisch verformt ist. Die Dichthülse 15 ist vorliegend aus einem Stahl hergestellt, der eine niedrigere Brinell-Härte als der Werkstoff des Grundkörpers 2 aufweist. Somit verformt sich der Dichtabschnitt 16 der Dichthülse 15 plastisch, während der Anlageabschnitt 18 des Grundkörpers 2 elastisch verformt wird. Es versteht sich, dass alternativ die Dichthülse 15 aus einem Werkstoff mit höherer Brinell-Härte als der Werkstoff des Grundkörpers hergestellt werden kann, sodass sich dann der Anlageabschnitt 18 des Grundkörpers 2 plastisch verformt, während der Dichtabschnitt 16 der Dichthülse 15 elastisch verformt wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass sowohl der Dichtabschnitt 16 als auch der Anlageabschnitt 18 plastisch verformt werden.
Durch die plastische Verformung von zumindest einem von dem Dichtabschnitt 16 der Dichthülse 15 und dem Anlageabschnitt 18 des Grundkörpers 2 durch die Verspannkraft werden potenzielle Leckagestellen durch das plastisch verformte Material ausgefüllt und Oberflächenrauheiten, die während des Betriebs des Zylinderkopfes zu Setzverlusten führen können, eingeebnet. Insgesamt ergibt sich somit eine hohe Dichtwirkung zwischen der Dichthülse 15 und dem Grundkörper 2 während des gesamten Lebenszyklus des Zylinderkopfes 1.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils den Zustand das Zylinderkopfes 1 mit fertig montierte Dichthülse 15, deren Dichtabschnitt 16 plastisch verformt ist. Im vormontierten Zustand, der in Figur 4 gezeigt ist, weist der Dichtabschnitt 16 eine außenkonische Form und der Anlageabschnitt 18 eine innenkonische Form auf. Der Konuswinkel des Dichtabschnittes 16 ist dabei kleiner als der Konuswinkel des Anlageabschnittes 18. Im vorliegenden Fall ist der Konuswinkel des Dichtabschnitts 16 2 Grad kleiner als der Konuswinkel des Anlageabschnittes 18. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass der Konuswinkel des Dichtabschnitts 16 zwischen 1 und 10 Grad kleiner als der Konuswinkel des Anlageabschnittes 18 ist. Beim Einsetzen der Dichthülse 15 in die Ausnehmung 11 kommt es somit zunächst zum Linienkontakt der umlaufenden Kante 21, die durch die Dichtfläche 17 und den Absatz 20 in Form des Freistichs gebildet wird. Durch Aufbringen der Verspannkraft entstehen somit im Bereich der Kante 21 sehr hohe Pressungen, die zu einer plastischen Verformung an dem weicheren Bauteil von Dichthülse 15 und Grundkörper 2 führt. Das weichere Bauteil wird durch die plastische Verformung abgeplattet, sodass der Linienkontakt in einen Flächenkontakt von Dichtfläche 17 und Anlagefläche 19 übergeht. Somit wird durch die Verwendung einer Dichthülse mit kleinerem Konuswinkel des Dichtabschnittes gegenüber dem Konuswinkel des Anlageabschnittes die notwendige Verspannkraft reduziert, um eine plastische Verformung zu erzielen.
Zwischen dem Kühlmittelkanal 14 und der zweiten Öffnung 13 weist die Ausnehmung 11 einen ersten zylindrischen Abschnitt 22 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 23 auf, die unterschiedliche Durchmesser haben. Im Bereich des ersten zylindrischen Abschnitts 22 ist zwischen der Dichthülse 15 und dem Grundkörper 2 eine zweite Dichtung 36 in Form eines O-Rings angeordnet. Im Bereich des zweiten zylindrischen Abschnitts 23 ist zwischen der Dichthülse 15 und dem Grundkörper 2 eine dritte Dichtung 37 in Form eines O-Rings angeordnet. Die zweite Dichtung 36 und die dritte Dichtung 37 bilden somit zusammen eine Dichtungsanordnung, die die Seite der Brennraumwandung 5 und den Kühlmittelkanal 14 gegenüber dem Ölraum 4 abdichtet.
Die Dichthülse 15 ist vorliegend zweiteilig ausgeführt und umfasst ein Flanschelement 24 und ein Hülsenelement 25. Insofern kann die Dichthülse 15 auch als Dichthülsenanordnung bezeichnet werden. Das Hülsenelement 25 sitzt dabei in der Ausnehmung 11 ein und erstreckt sich bis in den Ölraum 4. Das Hülsenelement 25 umfasst den Dichtabschnitt 16 und das Außengewinde 34. Das Hülsenelement 25 ist in Richtung der Längsachse der Dichthülse 15 axial verschiebbar in das Flanschelement 24 eingesetzt, sodass ein axialer Überlappungsbereich zwischen dem Hülsenelement 25 und dem Flanschelement 24 gebildet ist. In dem Überlappungsbereich ist eine vierte Dichtung 38 in Form eines O-Rings zwischen dem Hülsenelement 25 und dem Flanschelement 24 vorgesehen, die den Ölraum 4 gegenüber der Seele der Dichthülse 15 abgedichtet.
Das Flanschelement 24 sitzt in einer Einstecköffnung 26 der Zylinderkopfabdeckung 3 ein. Das Flanschelement 24 weist einen Flanschabschnitt 27 auf, der über Spannmittel 28, 28' mit der Zylinderkopfabdeckung 3 verspannt ist. Zwischen dem Flanschelement 24 und der Einstecköffnung 26 der Zylinderkopfabdeckung 3 ist eine fünfte Dichtung 39 in Form eines O-Rings angeordnet, um den Ölraum 4 gegenüber der Außenseite der Zylinderkopfabdeckung 3 abzudichten.
Durch die Aufteilung der Dichthülse 15 in das Flanschelement 24 und dass Hülsenelement 25 sowie deren axial verschiebbare Anordnung zueinander wird eine einfache Montage der Dichthülse 15 in dem Zylinderkopf 1 ermöglicht. Dabei wird zunächst das Hülsenelement 25 in die Ausnehmung 11 des Grundkörpers 2 eingeschraubt. Nachdem die Zylinderkopfabdeckung 3 auf dem Grundkörper 2 montiert wurde, kann das Flanschelement 24 auf das ölraumseitige Ende des Hülsenelementes 25 aufgeschoben werden und nachfolgend mit den Spannmitteln 28 gegenüber der Zylinderkopfabdeckung 3 verspannt werden. Die Verspannkraft zwischen der Anlagefläche und der Dichtfläche resultiert somit in der ersten Ausgestaltung des Zylinderkopfes aus der Verspannung der Verschraubung von Dichthülse und Grundkörper.
In die Dichthülse 15 sind vorliegend beispielhaft eine Zündkerze 31 sowie ein Zündkerzenstecker 32 einer Zündanordnung 30 eingesetzt. Die Zündkerze 31 ist dabei in die Dichthülse eingeschraubt, sodass eine Dichtpressung zwischen der Zündkerze 31 und der Dichthülse 15 erzielt wird. Alternativ oder in Kombination hierzu können zwischen der Zündkerzen 31 und der Dichthülse 15 Dichtelemente vorgesehen sein.
Die Zündanordnung 30 umfasst darüber hinaus einen Zündspulenkopf 29, der auf den Zündkerzenstecker 32 aufgesetzt ist und aus der Dichthülse 15 herausragt. Der Zündspulenkopf 29 ist mit Spannmittel 28' gegenüber der Zylinderkopfabdeckung 3 und dem Flanschelement 24 verspannt angeordnet, wobei zwischen dem Zündspulenkopf 29 und dem Flanschelement 24 eine Abstandshülse 33 angeordnet ist, durch die das Spannmittel 28' geführt ist.
Alternativ kann anstatt der Zündanordnung 30 eine Injektoranordnung in die Dichthülse 15 abdichtend eingesetzt werden. Die Befestigung der Injektoranordnung kann dabei analog zu der Befestigung der Zündanordnung 30 über die Spannmittel 28' erfolgen.
Figur 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese entspricht in weiten Teilen der ersten Ausführungsform, sodass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den Figuren 1 bis 4. Die zweite Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen durch den einteiligen Aufbau der Dichthülse 15'. Zum Aufbringen der zwischen dem Grundkörper 2 und der Dichthülse 15' wirkenden Verspannkraft wird zunächst die Dichthülse 15' mit dem Außengewinde 34 in das Innengewinde 35 eingeschraubt, bis die zwischen der Dichtfläche 17 und der Anlagefläche 19 wirkende Verspannkraft, die auch als Dichtkraft bezeichnet werden kann, ein erstes Niveau erreicht. Nachfolgend werden die Spannmittel 28 zwischen dem Flanschabschnitt 27 der Dichthülse 15 verspannt, bis die Verspannkraft die angestrebte Höhe erreicht und zumindest einer von dem Dichtabschnitt und dem Anlageabschnitt plastisch verformt ist. Wie in Figur 5 zu erkennen ist, kann im montierten Zustand ein axialer Abstand A zwischen dem Flanschabschnitt 27 und der Zylinderkopfabdeckung 3 vorgesehen sein.
In Figur 6 ist ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf 1 in einer dritten Ausführungsform dargestellt. Diese entspricht in weiten Teilen der zweiten Ausführungsform, sodass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile im gleichen Bezugszeichen versehen, wie in Figur 5. Die dritte Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen durch das Fehlen des Außengewindes 34 in der Dichthülse 15" und des Innengewindes 35 in der Ausnehmung 11. In diesem Fall erfolgt das Aufbringen der zwischen dem Grundkörper 2 und der Dichthülse 15 wirkenden Verspannkraft alleinig über die vor Spannmittel 28, die zwischen der Zylinderkopfabdeckung 3 und dem Flanschabschnitt 27 unter Vorspannung angeordnet sind.
Figur 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 in einer vierten Ausführungsform. Diese entspricht in weiten Teilen der ersten Ausführungsform, sodass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise abgewandelte Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den Figuren 1 bis 4. Die vierte Ausführungsform des Zylinderkopfes 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Wesentlichen durch die Integration des Flanschelementes 24 in die Zylinderkopfabdeckung 3. Das Flanschelement 24 ist im vorliegenden Fall mit dem Rest der Zylinderkopfabdeckung 3 in einem Gießprozess integral hergestellt worden. Zum Aufbringen der zwischen dem Grundkörper 2 und der Dichthülse 15‴ wirkenden Verspannkraft wird das Hülsenelement 25 mit dem Außengewinde 34 in das Innengewinde 35 eingeschraubt, bis die zwischen der Dichtfläche 17 und der Anlagefläche 19 wirkende Verspannkraft, die auch als Dichtkraft bezeichnet werden kann, die angestrebte Höhe erreicht und zumindest einer von dem Dichtabschnitt und dem Anlageabschnitt plastisch verformt ist. Nachfolgend wird die Zylinderkopfabdeckung 3 so auf den Grundkörper 2 aufgesetzt, dass das Hülsenelement 25 in dem Flanschelement 24 einsitzt, und wird dann mit dem Grundkörper 2 über nicht dargestellte Verbindungsmittel fest verbunden.

Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
2: Grundkörper
3: Zylinderkopfabdeckung
4: Ölraum
5: Brennraumwandung
6: Ölraumwandung
7: Einlasskanal
8: Auslasskanal
9: Einlassventilanordnung
10: Auslassventilanordnung
11: Ausnehmung
12: Öffnung
13: Öffnung
14: Kühlmittelkanal
15, 15',15'', 15‴: Dichthülse
16: Dichtabschnitt
17: Dichtfläche
18: Anlageabschnitt
19: Anlagefläche
20: Absatz
21: Kante
22: zylindrischer Abschnitt
23: zylindrische Abschnitt
24: Flanschelement
25: Hülsenelement
26: Einstecköffnung
27: Flanschabschnitt
28, 28': Spannmittel
29: Zündspulenkopf
30: Zündanordnung
31: Zündkerze
32: Zündkerzenstecker
33: Abstandshülse
34: Außengewinde
35: Innengewinde
36: Dichtung
37: Dichtung
38: Dichtung
39: Dichtung
40: Absatz

A: Abstand
H: Höhe

Claims

Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem Brennraum, umfassend:
- einen Grundkörper (2) mit einer Brennraumwandung (5) zum Abschließen des Brennraumes der Brennkraftmaschine,
wobei der Grundkörper (2) eine Ausnehmung (11) aufweist, die die Brennraumwandung (5) mit einer ersten Öffnung (12) durchdringt und einen Anlageabschnitt (18) mit einer sich verjüngenden inneren Anlagefläche (19) umfasst; und

- eine Dichthülse (15), die einen Dichtabschnitt (16) mit einer sich verjüngenden äußeren Dichtfläche (17) aufweist,

wobei die Dichthülse (15) und der Grundkörper (2) derart miteinander verspannt sind, dass die Anlagefläche (19) und die Dichtfläche (17) dichtend in Anlage sind,

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer von dem Anlageabschnitt (18) und dem Dichtabschnitt (16) zumindest teilweise plastisch verformt ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (15) ein Außengewinde (34) aufweist, das in ein Innengewinde (35) der Ausnehmung (11) des Grundkörpers (2) eingreift, sodass die Dichthülse (15) und der Grundkörper (2) derart miteinander verspannt sind, dass die Anlagefläche (19) und die Dichtfläche (17) dichtend in Anlage sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Erstreckung (H16) des Dichtabschnitts (16) bezüglich einer Längsachse der Ausnehmung (11) kleiner ist als eine Erstreckung (H18) des Anlageabschnitts (18).
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (15) einen Absatz (20) in Form eines Freistichs aufweist, der an den Dichtabschnitt (16) an dessen schmalerem Ende anschließt.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch eine Zylinderkopfabdeckung (3), die mit dem Grundkörper (2) verbunden ist, sodass ein Ölraum (4) zwischen der Zylinderkopfabdeckung (3) und dem Grundkörper (2) gebildet ist, wobei die Ausnehmung (11) eine dem Ölraum zugewandten Ölraumwandung (6) des Grundkörpers (2) mit einer zweiten Öffnung (13) durchdringt und sich die Dichthülse (15) in den Ölraum (4) erstreckt.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausnehmung (11) durch einen Kühlmittelkanal (14) des Grundkörpers (2) erstreckt.
Zylinderkopf nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Anlageabschnitt (18) der Ausnehmung (11) zwischen der die Brennraumwandung (5) durchdringenden ersten Öffnung (12) und dem Kühlmittelkanal des Grundkörpers (2) angeordnet ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dichthülse (15) und dem Grundkörper (2) eine zweite Dichtung (36) und eine dritte Dichtung (37) vorgesehen sind, die jeweils zwischen dem Kühlmittelkanal (14) und der zweiten Öffnung (13) der Ausnehmung (11) angeordnet sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkopfabdeckung (3) eine Einstecköffnung (26) umfasst, wobei sich die Dichthülse (15) durch den Ölraum und die Einstecköffnung (26) hindurch erstreckt.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (15) einen Flanschabschnitt (27) umfasst, über den die Dichthülse (15) mit der Zylinderkopfabdeckung (3) verbunden ist, sodass die Dichthülse (15) mit dem Grundkörper (2) derart verspannt ist, dass die Anlagefläche (19) und die Dichtfläche (17) dichtend in Anlage sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Dichthülse (15) eine Injektoranordnung oder eine Zündkerzenanordnung (30) aufgenommen ist, wobei die Injektoranordnung bzw. die Zündkerzenanordnung über Spannmittel (28) gemeinsam mit dem Flanschabschnitt (27) mit der Zylinderkopfabdeckung (3) verbunden sind.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (15) ein Flanschelement (24) mit dem Flanschabschnitt (27) und ein Hülsenelement (25) mit dem Dichtabschnitt (16) umfasst, die in Richtung einer Längsachse der Dichthülse (15) verschiebbar ineinandergreifen, wobei zwischen dem Flanschelement (24) und dem Hülsenelement (25) eine vierte Dichtung vorgesehen ist.
Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichthülse (15) ein Flanschelement (24) und ein Hülsenelement (25) mit dem Dichtabschnitt (16) umfasst, die in Richtung einer Längsachse der Dichthülse (15) verschiebbar ineinandergreifen, wobei das Flanschelement (24) mit der Zylinderkopfabdeckung (3) einteilig ausgestaltet ist.
Verwendung einer Dichthülse (15) zum Abdichten eines Zylinderkopfes (1), der in einem Grundkörper (2) eine Ausnehmung (11) mit einem Anlageabschnitt (18) mit einer innenkonischen Anlagefläche (19) aufweist, gegenüber dem Brennraum einer Brennkraftmaschine,
wobei die Dichthülse (15) eine außenkonische Dichtfläche (17) mit einem Konuswinkel aufweist, der kleiner ist als ein Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche (19), und

sich der Konuswinkel der Dichtfläche (17) der Dichthülse (15) um zumindest 0,5 Grad und/oder um maximal 5 Grad von dem Konuswinkel der innenkonischen Anlagefläche unterscheidet.