DE102008035594A1

DE102008035594A1 - Brennkraftmaschine mit Brennraumeinlegeelement

Info

Publication number: DE102008035594A1
Application number: DE102008035594A
Authority: DE
Inventors: Jens Grünhagen; Klaus Schmidt-Loose
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit einem Zylinderkopf (10), welcher den wenigstens einen Arbeitszylinder verschließt und jeweils wenigstens ein Einlassventil (18) und ein Auslassventil (20) für jeden Arbeitszylinder aufweist, die in geschlossenem Zustand jeweils an einem Ventilsitzring (22) anschlagen, wobei wenigstens ein Brennraumeinlegeelement (24) in wenigstens einem Arbeitszylinder vorgesehen ist, welches eine dem Arbeitszylinder zugewandte Wandung des Zylinderkopfes (10) wenigstens teilweise bedeckt. Hierbei nimmt das Brennraumeinlegeelement (24) wenigstens einen Ventilsitzring (22) auf, wobei das Brennraumeinlegeelement (24) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit einem Zylinderkopf, welcher den wenigstens einen Arbeitszylinder verschließt und jeweils wenigstens ein Einlassventil und ein Auslassventil für jeden Arbeitszylinder aufweist, die in geschlossenem Zustand jeweils an einem Ventilsitzring anschlagen, wobei wenigstens ein Brennraumeinlegeelement in wenigstens einem Arbeitszylinder vorgesehen ist, welches eine dem Arbeitszylinder zugewandte Wandung des Zylinderkopfes wenigstens teilweise bedeckt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der GB 665 330 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine wärmeisolierende und wärmefeste Einlage an einer Schulter einer Wandung eines Arbeitszylinders vorgesehen ist, die auch einen Teil von Seitenwänden des Zylinderkopfes bedeckt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lebensdauer von Zylinderköpfen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einer Brennkraftmaschine der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Brennraumeinlegeelement wenigstens einen Ventilsitzring aufnimmt, wobei das Brennraumeinlegeelement aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Dies hat den Vorteil, dass die Lebensdauer des Zylinderkopfes begrenzende Bereiche verbessert sind, so dass auch bei steigender Leistung der Brennkraftmaschine eine gewünschte Lebensdauer des Zylinderkopfes erhalten bleibt. Weiterhin unterstützt das Brennraumeinlageelement ein schnelles Aufwärmen eines Brennraumes im Arbeitszylinder nach einem Kaltstart, so dass sich ein verbessertes Emissionsverhalten ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt das Brennraumeinlegeelement wenigstens einen Ventilsitzring für das Einlassventil oder das Auslassventil auf.
Ein maximaler Strömungsquerschnitt im Bereich der durch das Brennraumeinlageelement ausgebildeten Ventilsitzringe wird dadurch erzielt, dass das Brennraumeinlegeelement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es ausgehend vom Ventilsitzring einen Einlasskanal und/oder Auslasskanal im Zylinderkopf über eine vorbestimmte axiale Länge des Einlasskanals und/oder Auslasskanals in Umfangsrichtung vollständig umschließt.
Zum sicheren Abdichten gegen den Zylinderkopf sowie der Gaswechselkanäle gegeneinander ist an einem dem Arbeitszylinder abgewandeten Ende des Brennraumeinlegeelementes im Bereich des Einlasskanals und/oder Auslasskanals ein Dichtring zwischen dem Brennraumeinlageelement und dem Zylinderkopf angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilsitzring als gefügtes Bauteil aus Sinterwerkstoff in das Brennraumeinlageelement integriert.
Dadurch, dass im Zylinderkopf eine Aussparung zur Aufnahme des Brennraumeinlageelement ausgebildet ist, benötigt des Brennraumeinlageelement keinen zusätzlichen Bauraum im Arbeitszylinder.
Eine einfachere Handhabung bei der Herstellung und Bearbeitung des Zylinderkopfes und des Brennraumeinlageelementes erzielt man dadurch, dass das Brennraumeinlageelement planparallel zur einer dem Arbeitszylinder zugewandten Wandung des Zylinderkopfes ausgebildet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Zylinderkopfes für eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
Die aus der einzigen Figur teilweise ersichtliche Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinderkopf 10, der einen Brennraum 12 eines nicht näher dargestellten Arbeitszylinders abschließt und in dem ein Einlasskanal 14 und ein Auslasskanal 16 ausgebildet sind. Zum wahlweise Öffnen bzw. Verschließen des Einlasskanals 14 gegen den Brennraum 12 ist im Zylinderkopf 10 ein Einlassventil 18 vorgesehen. Zum wahlweise Öffnen bzw. Verschließen des Auslasskanals 16 gegen den Brennraum 12 ist im Zylinderkopf 10 ein Auslassventil 20 vorgesehen. Sowohl das Einlassventil 18 als auch das Auslassventil 20 schlagen im geschlossenen Zustand jeweils an einem Ventilsitzring 22 an, welcher zylinderkopfseitig ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist ein Brennraumeinlegeelement 24 vorgesehen, welches eine dem Brennraum 12 bzw. dem Arbeitszylinder zugewandete Fläche des Zylinderkopfes 10 wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig bedeckt und gleichzeitig die Ventilsitzringe für das Einlassventil 18 und das Auslassventil 20 aufnimmt. In der lediglich beispielhaft dargestellten Ausführungsform nimmt das Brennraumeinlegeelement 24 einen Ventilsitzring 22 sowohl für das Einlassventil 18 als auch das Auslassventil 20 auf. Das Brennraumeinlegeelement 24 kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass es einen Ventilsitzring 22 nur für das Einlassventil 18 oder nur für das Auslassventil 20 ausbildet, oder das Brennraumeinlegeelement 24 bildet Ventilsitzringe 22 für mehr als ein Einlassventil 18 und/oder mehr als ein Auslassventil 20 aus.
In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist das Brennraumeinlegeelement 24 derart ausgebildet, dass es in axialer Richtung ausgehend von dem Ventilsitzring 22 den Einlasskanal 14 bzw. den Auslasskanal 16 in radialer Richtung vollständig umgibt. Mit anderen Worten ist im Endbereich von Einlasskanal 14 bzw. Auslasskanal 16 deren jeweilige Wandung von dem Brennraumeinlegeelement 24 ausgebildet. Hierbei fluchtet das Brennraumeinlegeelement 24 jeweils mit der Wandung von Einlasskanal 14 bzw. Auslasskanal 16, die von dem Zylinderkopf 10 selbst ausgebildet ist. An einem dem Brennraum 12 bzw. Arbeitszylinder abgewandten Ende des Brennraumeinlegeelementes 24 ist im Einlasskanal 14 bzw. im Auslasskanal 16 jeweils ein Dichtring 26 angeordnet, welcher eine Abdichtung des Brennraumeinlegeelementes 24 gegen den Zylinderkopf 10 ausbildet.
Erfindungsgemäß ist daher ein lokales Einbringen eines hochfesten Brennraumeinlegers 24 in neue oder bestehende Zylinderkopfkonstruktionen vorgesehen. Das Brennraumeinlegeelement 24 wird beispielsweise mittels Presssitz im Zylinderkopf 10 gefügt, geschweißt oder über eine Zylinderkopfdichtung (nicht dargestellt) in Formschluss gehalten. Die Abdichtung zum Zylinderkopf erfolgt durch geeignete Dichtringe 26, wie beispielhaft dargestellt, oder angeformte Dichtsicken oder Vitondichtringe. Das Brennraumeinlegeelement 24 unterstützt durch seine wärmeisolierende Wirkung ein schnelles Aufwärmen des Brennraumes 12 bei einem Kaltstart, wodurch sich ein zusätzliches Emissionspotential ergibt. Der Zylinderkopf 10 kann wegen der Schutzwirkung durch das Brennraumeinlegeelement 24 kostengünstig aus niedrig legierten, einfachen und damit kostengünstigen Werkstoffen hergestellt werden.
Pro Arbeitszylinder ist ein Brennraumeinlegeelement 24 vorgesehen, wobei jedes Brennraumeinlegeelement 24 bevorzugt für mehrere Ventile 18, 20 vorgesehen ist. Einer Rissbildung am Zylinderkopf 10 aufgrund LCF (”Low Cycle Fatigue”; Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl) und HCF (”High Cycle Fatigue”; Ermüdung bei hoher Lastspielzahl bzw. Langzeitermüdung) ist wirksam entgegengewirkt.
Vorzugsweise ist der Ventilsitzring 22 als gefügtes Bauteil aus Sinterwerkstoff in das Brennraumeinlageelement 24 integriert, wie in der einzigen Figur dargestellt.

10: Zylinderkopf
12: Brennraum
14: Einlasskanal
16: Auslasskanal
18: Einlassventil
20: Auslassventil
22: Ventilsitzring
24: Brennraumeinleger
26: Dichtring

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

- GB 665330 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Arbeitszylinder und mit einem Zylinderkopf (10), welcher den wenigstens einen Arbeitszylinder verschließt und jeweils wenigstens ein Einlassventil 18) und ein Auslassventil (20) für jeden Arbeitszylinder aufweist, die in geschlossenem Zustand jeweils an einem Ventilsitzring (22) anschlagen, wobei wenigstens ein Brennraumeinlegeelement (24) in wenigstens einem Arbeitszylinder vorgesehen ist, welches eine dem Arbeitszylinder zugewandte Wandung des Zylinderkopfes (10) wenigstens teilweise bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumeinlegeelement (24) wenigstens einen Ventilsitzring (22) aufnimmt, wobei das Brennraumeinlegeelement (24) aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumeinlegeelement (24) wenigstens einen Ventilsitzring (22) für das Einlassventil (18) oder das Auslassventil (20) aufnimmt.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumeinlegeelement (24) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es ausgehend vom Ventilsitzring (22) einen Einlasskanal (14) im Zylinderkopf (10) über eine vorbestimmte axiale Länge des Einlasskanals (14) in Umfangsrichtung vollständig umschließt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Arbeitszylinder abgewandeten Ende des Brennraumeinlegeelementes (24) im Bereich des Einlasskanals (14) wenigstens ein Dichtring (26) zwischen dem Brennraumeinlegeelement (24) und dem Zylinderkopf (10) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumeinlegeelement (24) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es ausgehend vom Ventilsitzring (22) einen Auslasskanal (16) im Zylinderkopf (10) über eine vorbestimmte axiale Länge des Auslasskanals (16) in Umfangsrichtung vollständig umschließt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Arbeitszylinder abgewandeten Ende des Brennraumeinlegeelementes (24) im Bereich des Auslasskanals (16) wenigstens ein Dichtring (26) zwischen dem Brennraumeinlageelement (24) und dem Zylinderkopf (10) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (22) als gefügtes Bauteil aus Sinterwerkstoff in das Brennraumeinlageelement (24) integriert ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (10) eine Aussparung zur Aufnahme des Brennraumeinlageelement (24) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumeinlageelement (24) planparallel zur einer dem Arbeitszylinder zugewandten Wandung des Zylinderkopfes (10) ausgebildet ist.