DE102016201703A1

DE102016201703A1 - Selbstzündende Brennkraftmaschine mit Zylinderblock und mindestens einem Zylinderkopf und Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der mechanischen Belastung einer vorgesehenen Dichtung

Info

Publication number: DE102016201703A1
Application number: DE102016201703.9A
Authority: DE
Inventors: Maziar Khosravi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-05
Also published as: DE102016201703B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf (1), der mindestens einen Zylinder aufweist und an einer Montageseite mit einem Zylinderblock (2) unter Ausbildung von Spannkräften verbunden ist, bei der – zwischen dem Zylinderblock (2) und dem mindestens einen Zylinderkopf (1) eine Dichtung (3) vorgesehen und eingespannt ist, und – in dem Zylinderblock (2) und dem mindestens einen Zylinderkopf (1) Bohrungen (1a, 2a) vorgesehen sind, wobei der mindestens eine Zylinderkopf (1) und der Zylinderblock (1) mittels Verbindungselementen (4) miteinander verbunden sind, die mindestens ein Gewinde (5c) aufweisen und in die Bohrungen (1a, 2a) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) und des Zylinderblocks (2) eingeführt und unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt sind. Es soll eine Brennkraftmaschine der genannten Art bereitgestellt werden, bei der die mechanische Belastung der zwischen dem Zylinderblock (2) und dem mindestens einen Zylinderkopf (1) angeordneten Dichtung (3) geringer ist bzw. verringert ist. Erreicht wird dies durch eine selbstzündende Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – mindestens ein Verbindungselement (4) mit einem aktiv steuerbaren Spannelement (6) ausgestattet ist, welches sich einerseits am Verbindungselement (4) und andererseits an der Kombination aus Zylinderblock (2) und Zylinderkopf (1) abstützt und eine Variation der Spannkraft ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, der mindestens einen Zylinder aufweist und an einer Montageseite mit einem Zylinderblock unter Ausbildung von Spannkräften verbunden ist, bei der

– zwischen dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf eine Dichtung vorgesehen und eingespannt ist, und
– in dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf Bohrungen vorgesehen sind, wobei der mindestens eine Zylinderkopf und der Zylinderblock mittels Verbindungselementen miteinander verbunden sind, die mindestens ein Gewinde aufweisen und in die Bohrungen des mindestens einen Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt sind.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der mechanischen Belastung der Dichtung einer derartigen Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine der genannten Art wird beispielsweise als Kraftfahrzeugantrieb eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, aber auch selbstzündende Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren mit Selbstzündung nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der selbstzündenden Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über mindestens einen Zylinderkopf, der zur Ausbildung des mindestens einen Zylinders, d. h. des mindestens einen Brennraums, mit einem Zylinderblock verbunden wird, wobei zum Verbinden im Zylinderkopf und im Zylinderblock Bohrungen vorgesehen sind. Im Rahmen der Montage werden der Zylinderblock und der Zylinderkopf durch Aufeinanderlegen ihrer Montageseiten in der Weise zueinander angeordnet, dass die Bohrungen miteinander fluchten. Mittels Verbindungselementen, beispielsweise Schrauben oder Gewindestangen, die in die Bohrungen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und verschraubt werden, wird dann eine kraftschlüssige Verbindung ausgebildet.
Der Zylinderblock weist zur Aufnahme der Kolben bzw. der Zylinderrohre eine entsprechende Anzahl an Zylinderbohrungen auf. Die Kolben werden axial beweglich in den Zylinderrohren geführt und bilden zusammen mit den Zylinderrohren und dem Zylinderkopf die Brennräume der Brennkraftmaschine aus. Folglich wird ein Brennraum jeweils von einem Kolben, einem Zylinderrohr und dem Zylinderkopf mitbegrenzt und mitgestaltet. Zur Abdichtung der Brennräume wird in der Regel zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eine Dichtung angeordnet.
Der Zylinderkopf dient üblicherweise zur Aufnahme der Ventiltriebe. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen und das Füllen des Brennraums über die Einlassöffnungen der Zylinder. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung eines Ventils erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich des Ventils selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Eine Ventilbetätigungseinrichtung umfasst dabei regelmäßig eine Nockenwelle, wobei obenliegende Nockenwellen, d. h. Nockenwellen, die oberhalb der Trennebene zwischen Kopf und Block liegen, am Zylinderkopf gelagert sind.
Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, und die Abgasleitungen, die sich an die Auslassöffnungen anschließen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert. Die Abgasleitungen der Auslassöffnungen werden regelmäßig zusammengeführt, häufig zu einer einzelnen Gesamtabgasleitung und vorzugsweise unter Ausbildung eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes.
Stromabwärts des Krümmers werden die Abgase nämlich gegebenenfalls der Turbine eines Abgasturboladers und/oder einem oder mehreren Abgasnachbehandlungssystemen zugeführt.
Bei mittels Abgasturboaufladung aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird angestrebt, die Turbine möglichst nahe am Auslass der Brennkraftmaschine anzuordnen, um auf diese Weise die Abgasenthalpie der heißen Abgase, die maßgeblich vom Abgasdruck und der Abgastemperatur bestimmt wird, optimal nutzen zu können und ein schnelles Ansprechverhalten des Turboladers zu gewährleisten.
Zum anderen soll auch der Weg der heißen Abgase zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungssystemen möglichst kurz sein, damit den Abgasen wenig Zeit zur Abkühlung eingeräumt wird und die Abgasnachbehandlungssysteme möglichst schnell ihre Betriebstemperatur bzw. Anspringtemperatur erreichen, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
Um die zuvor genannten Ziele zu erreichen, werden die Abgasleitungen der Zylinder vorzugsweise unter Ausbildung mindestens eines integrierten Abgaskrümmers innerhalb des Zylinderkopfes zusammengeführt, d. h. der Abgaskrümmer vollständig in den Zylinderkopf integriert. Ein derartiger Zylinderkopf zeichnet sich auch durch eine sehr kompakte Bauweise aus, die ein dichtes Packaging der gesamten Antriebseinheit gestattet. Zudem kann an einer gegebenenfalls im Zylinderkopf vorgesehenen Flüssigkeitskühlung partizipiert werden, in der Art, dass der Krümmer nicht aus thermisch hochbelastbarem und damit kostenintensiven Werkstoffen gefertigt werden muss.
Die Verwendung eines Zylinderkopfes mit integriertem Krümmer führt auch zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und folglich zu einer Verringerung der Kosten, insbesondere der Montage- und Bereitstellungskosten.
Der Zylinderkopf einer modernen Brennkraftmaschine ist in der Regel thermisch höher belastet und stellt daher auch erhöhte Anforderungen an die Kühlung, insbesondere wenn der Zylinderkopf mit einem integrierten Abgaskrümmer ausgestattet ist und/oder die Brennkraftmaschine eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist.
Verfügt die Brennkraftmaschine über eine Flüssigkeitskühlung, werden im Zylinderkopf in der Regel mehrere Kühlmittelkanäle bzw. mindestens ein Kühlmittelmantel ausgebildet, die bzw. der das Kühlmittel durch den Zylinderkopf hindurchführen bzw. hindurchführt, was eine komplexere Zylinderkopfstruktur bedingt.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ein thermisch und mechanisch hoch belastetes Bauteil ist. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass ein zunehmender Anteil der Brennkraftmaschinen – mittels Abgasturboauflader oder mechanischem Lader – aufgeladen wird. Aufgrund des immer dichteren Packaging im Motorraum und der zunehmenden Integration von Bauteilen und Komponenten in den Zylinderkopf, beispielsweise der Integration des Abgaskrümmers, steigt insbesondere die thermische Belastung der Brennkraftmaschine bzw. des Zylinderkopfes, so dass erhöhte Anforderungen an die Kühlung zu stellen.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen kann darüber hinaus die Einspritzeinrichtung im Zylinderkopf angeordnet werden.
Zur Ausbildung einer zufriedenstellenden, d. h. die Brennräume abdichtenden Verbindung von Zylinderkopf und Zylinderblock sind ausreichend viele und ausreichend große Bohrungen vorzusehen, was die konstruktive Auslegung insbesondere des Zylinderkopfes beeinflusst und erschwert.
Die Spannkräfte, welche zur Ausbildung einer kraftschlüssigen gasdichten Verbindung mittels der Verbindungselemente in die Struktur einzuleiten sind, belasten den Zylinderkopf, insbesondere aber auch die Dichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock, erheblich.
Andererseits müssen die Spannkräfte ausreichend groß sein, um unter allen Umständen, d. h. unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine eine gasdichte leckagefreie Abdichtung sicherzustellen.
Die zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnete Dichtung muss nicht nur bei einer kalten Brennkraftmaschine in befriedigender Weise abdichten, sondern auch bei einer aufgeheizten Brennkraftmaschine, bei der sich die einzelnen Motorkomponenten mehr oder weniger stark erwärmt und ausgedehnt haben. Regelmäßig dehnen sich der Zylinderblock und der mindestens eine Zylinderkopf infolge Wärmeeintrags thermisch stärker aus als die Verbindungselemente, wodurch sich die Spannkräfte in den Verbindungen während des Warmlaufens vergrößern bzw. sich mit zunehmender Betriebstemperatur weiter erhöhen.
Zu berücksichtigen sind auch die unterschiedlichen Lastzustände der Brennkraftmaschine. Höhere Lasten bzw. höhere Zylinderdrücke und Spitzendrücke während der Verbrennung erfordern höhere Spannkräfte zur Gewährleistung einer gasdichten Verbindung von Zylinderkopf und Zylinderblock.
In diesem Zusammenhang ist es von besonderer Relevanz, ob die Brennkraftmaschine eine aufgeladene Brennkraftmaschine ist. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden. Die Zylinderdrücke im Allgemeinen und die Spitzendrücke während der Verbrennung im Besonderen sind deutlich höher als bei einem vergleichbaren Saugmotor.
Erstrebenswert sind daher Maßnahmen, mit denen sich die mechanische Belastung der zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordneten Dichtung sinnvoll begrenzen bzw. verringern lässt.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die mechanische Belastung der zwischen dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf angeordneten Dichtung geringer ist bzw. verringert ist.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der mechanischen Belastung der Dichtung einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf, der mindestens einen Zylinder aufweist und an einer Montageseite mit einem Zylinderblock unter Ausbildung von Spannkräften verbunden ist, bei der

– zwischen dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf eine Dichtung vorgesehen und eingespannt ist, und
– in dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf Bohrungen vorgesehen sind, wobei der mindestens eine Zylinderkopf und der Zylinderblock mittels Verbindungselementen miteinander verbunden sind, die mindestens ein Gewinde aufweisen und in die Bohrungen des mindestens einen Zylinderkopfes und des Zylinderblocks eingeführt und unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
– mindestens ein Verbindungselement mit einem aktiv steuerbaren Spannelement ausgestattet ist, welches sich einerseits am Verbindungselement und andererseits an der Kombination aus Zylinderblock und Zylinderkopf abstützt und eine Variation der Spannkraft ermöglicht.

Erfindungsgemäß lässt sich die Spannkraft, welche mittels eines Verbindungselements in die Verbindung aus Zylinderkopf und Zylinderblock eingebracht wird, variieren. Hierzu wird ein aktiv steuerbares Spannelement verwendet. Dieses Spannelement stützt sich am Verbindungselement einerseits und am Zylinderkopf bzw. am Zylinderblock andererseits ab und kann das zugehörige Verbindungselement dehnen bzw. auf Zug beanspruchen und damit die Spannkraft in der Verbindung erhöhen. Durch entsprechende Betätigung des Spannelements lässt sich in umgekehrter Weise die Dehnung und damit die in das Verbindungselement eingeleitete Zugkraft reduzieren, wodurch die Spannkraft verringert wird.
Die Spannkraft lässt sich somit bedarfsgerecht einstellen, d. h. steuern, bzw. in vorteilhafter Weise beeinflussen. Insbesondere lässt sich die Spannkraft an unterschiedliche Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anpassen, so dass jederzeit eine gasdichte leckagefreie Abdichtung des mindestens einen Brennraums sichergestellt wird und gleichzeitig die mechanische Belastung der zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordneten Dichtung sinnvoll begrenzt bzw. verringert wird.
Unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine kann durch eine unterschiedlich große Spannkraft Rechnung getragen werden. Gleiches gilt für unterschiedliche Zylinderdrücke bzw. unterschiedliche Spitzendrücke während der Verbrennung. Letzteres ist besonders relevant für aufgeladene Brennkraftmaschinen, bei denen grundsätzlich ein höherer Mitteldruck vorliegt bzw. realisiert wird.
Die Spannkraft im Verbindungselement bzw. in der Verbindung kann durch Betätigen des Spannelements mit zunehmender Last erhöht und mit abnehmender Last verringert werden.
Auch unterschiedliche Motortemperaturen können Berücksichtigung finden. Die Spannkraft kann durch Betätigen des Spannelements beispielsweise mit zunehmender Motortemperatur verringert und mit abnehmender Motortemperatur erhöht werden. Damit kann dem Effekt Rechnung getragen werden, gemäß dem sich der Zylinderblock bzw. Zylinderkopf bei Erwärmung thermisch stärker ausdehnt als ein Verbindungselement und sich die Spannkraft infolgedessen mit fortschreitendem Aufheizvorgang vergrößert, d. h. erhöht.
Das erfindungsgemäße Vorsehen mindestens eines aktiv steuerbaren Spannelements schafft die Möglichkeit, die zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnete Dichtung mechanisch nur so stark und in dem Maße zu beanspruchen, wie dies erforderlich ist, um eine gasdichte leckagefreie Abdichtung des mindestens einen Brennraums zu gewährleisten.
Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine selbstzündende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitgestellt, bei der die mechanische Belastung der zwischen dem Zylinderblock und dem mindestens einen Zylinderkopf angeordneten Dichtung geringer ist bzw. verringert ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement ein hydraulisches Spannelement ist. Hydraulisch lässt sich die Spannkraft in einfacher Weise durch Variation des Hydraulikdrucks beeinflussen, insbesondere erhöhen, bzw. variieren und damit die Flächenpressung im Bereich der Zylinderkopfdichtung zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das hydraulische Spannelement als Hydraulikflüssigkeit Öl verwendet. Öl ist bei Brennkraftmaschinen regelmäßig eine von mehreren verwendeten Betriebsflüssigkeiten und damit bereits vorhanden.
Bei Brennkraftmaschinen mit einem Ölkreislauf sind in diesem Zusammenhang daher auch Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das hydraulische Spannelement mit dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist. Dann kann der Ölkreislauf der Brennkraftmaschine der Versorgung des hydraulischen Spannelements mit dem Öl dienen und eine im Kreislauf angeordnete Pumpe zur Bereitstellung des erforderlichen Öldrucks verwendet werden. Die vorgesehene Pumpe muss für einen ausreichend hohen Öldruck im Ölkreislauf bzw. im Spannelement sorgen können.
Zur Versorgung verschiedener Verbraucher mit Öl ist eine Brennkraftmaschine mit einer Ölpumpe ausgestattet. Die Pumpe versorgt via Versorgungsleitung unter Ausbildung eines Ölkreislaufs regelmäßig eine Hauptölgalerie, von der Kanäle zu den Lagern einer Kurbelwelle führen, mit Motoröl. Häufig bildet der Zylinderblock die obere Kurbelgehäusehälfte, die durch die als Ölwanne dienende untere Kurbelgehäusehälfte ergänzt wird.
Ist das aktiv steuerbare Spannelement ein hydraulisches Spannelement, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen das hydraulische Spannelement eine im Volumen veränderbare Druckkammer aufweist. Vorzugsweise lässt sich die Druckkammer in Richtung der Längsachse des Verbindungselementes vergrößern bzw. verkleinern, d. h. verlängern bzw. verkürzen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement hülsenförmig ausgebildet ist. Dann kann das Verbindungselement, beispielsweise eine Schraube oder eine Gewindestange, durch das hülsenförmige Spannelement hindurchgeführt bzw. hindurch gesteckt werden, wobei sich das Spannelement an dem Schraubenkopf der Schraube oder der Mutter der zugehörigen Gewindestange abstützen und die Spannkraft einleiten kann.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine sein, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement u-förmig ausgebildet ist, in der Art einer einen offenen Stoß aufweisenden Unterlegscheibe.
Die folgenden Ausführungsformen sind nur Beispiele und haben das mindestens eine Verbindungselement, welches mit dem aktiv steuerbaren Spannelement ausgestattet ist, zum Gegenstand. Das Verbindungselement kann von ganz unterschiedlicher Gestalt sein, beispielsweise eine Schraube oder eine Gewindestange sein, und auf unterschiedliche Art verbaut sein bzw. montiert werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine Verbindungselement eine Schraube ist, die an einem Ende einen Schraubenkopf und an einem anderen Ende ein Gewinde aufweist.
Ist das mindestens eine Verbindungselement eine Schraube, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Schraube durch eine Bohrung des mindestens einen Zylinderkopfes hindurchführt und mit dem Gewinde im Zylinderblock unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement sich einerseits am Schraubenkopf und andererseits am Zylinderkopf abstützt.
Ist das mindestens eine Verbindungselement eine Schraube, können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Schraube durch eine Bohrung des mindestens einen Zylinderkopfes und eine Bohrung des Zylinderblocks hindurchführt und mit dem Gewinde in einer Mutter verschraubt ist.
Ist das mindestens eine Verbindungselement eine Schraube, können auch Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Schraube durch eine Bohrung des Zylinderblocks hindurchführt und mit dem Gewinde in dem mindestens einen Zylinderkopf unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement sich einerseits am Schraubenkopf und andererseits am Zylinderblock abstützt.
Vorteilhaft sind ebenfalls Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das mindestens eine Verbindungselement eine Gewindestange und eine Mutter umfasst, wobei die Gewindestange an beiden Enden ein Gewinde aufweist. Eine Gewindestange mit Mutter ist vergleichbar mit einer Schraube, bei der der Schraubenkopf von einer aufgeschraubten Mutter gebildet wird.
Umfasst das mindestens eine Verbindungselement eine Gewindestange und eine Mutter, sind Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Gewindestange an einem Ende im Zylinderblock verschraubt ist, durch eine Bohrung des mindestens einen Zylinderkopfes hindurchführt und an dem anderen Ende unter Ausbildung von Spannkräften mit der Mutter verschraubt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der selbstzündenden Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement sich einerseits an der Mutter und andererseits am Zylinderkopf abstützt.
Umfasst das mindestens eine Verbindungselement eine Gewindestange und eine Mutter, können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Gewindestange an einem Ende in dem mindestens einen Zylinderkopf verschraubt ist, durch eine Bohrung des Zylinderblocks hindurchführt und an dem anderen Ende unter Ausbildung von Spannkräften mit der Mutter verschraubt ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das aktiv steuerbare Spannelement sich einerseits an der Mutter und andererseits am Zylinderblock abstützt.
Die zweite Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der mechanischen Belastung der Dichtung einer selbstzündenden Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art aufzuzeigen, wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem die Spannkraft durch Betätigen des Spannelements mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren, weshalb an dieser Stelle im Allgemeinen Bezug genommen wird auf die hinsichtlich der Brennkraftmaschine gemachten Ausführungen.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Spannkraft bedarfsgerecht eingestellt, d. h. gesteuert. Vorliegend wird die Spannkraft an unterschiedliche Lasten der Brennkraftmaschine angepasst. Angestrebt wird eine Spannkraft, die genügend groß ist, um eine Abdichtung des mindestens einen Brennraums zu gewährleisten, aber die zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angeordnete Dichtung mechanisch nur in dem erforderlichen Mindestmaß belastet, d. h. begrenzt ist. Unterschiedliche Lasten der Brennkraftmaschine erfordern unterschiedlich große Spannkräfte.
Vorteilhaft können auch Verfahrensvarianten sein, bei denen die Spannkraft durch Betätigen des Spannelements mit zunehmender Motortemperatur verringert und mit abnehmender Motortemperatur erhöht wird. Damit wird der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Motorbauteile Rechnung getragen.
Vorteilhaft können ebenso Verfahrensvarianten sein, bei denen die Spannkraft durch Betätigen des Spannelements mit zunehmender Motortemperatur erhöht und mit abnehmender Motortemperatur verringert wird. Dabei wird dem Zusammenhang bzw. der Korrelation zwischen Last und Motortemperatur Rechnung getragen. Eine hohe Motortemperatur wird dabei als Indiz für eine hohe Last angesehen und interpretiert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß 1 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 schematisch das aktiv steuerbare Spannelement einer ersten Ausführungsform der selbstzündenden Brennkraftmaschine.
1 zeigt schematisch das aktiv steuerbare Spannelement 6 einer ersten Ausführungsform der selbstzündenden Brennkraftmaschine.
Der Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine ist an seiner Montageseite mit einem Zylinderblock 2 verbunden, wobei zwischen dem Zylinderblock 2 und dem Zylinderkopf 1 eine Dichtung 3 vorgesehen und eingespannt ist, um die Zylinder der Brennkraftmaschine abzudichten, d. h. den Austritt von Verbrennungsgasen aus den Brennräumen bzw. den Eintritt von Kühlwasser in die Brennräume zu verhindern.
Im Zylinderkopf 1 und im Zylinderblock 2 sind Bohrungen 1a, 2a vorgesehen. Im Rahmen der Montage werden der Zylinderblock 2 und der Zylinderkopf 1 in der Weise zueinander angeordnet, dass die Bohrungen 1a, 2a miteinander fluchten. Mittels Verbindungselementen 4, die in die Bohrungen 1a, 2a eingeführt und unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt werden, wird dann eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Zylinderblock 2 ausgebildet.
Vorliegend werden als Verbindungselemente 4 Schrauben 5 verwendet, die an einem Ende des Schaftes 5b einen Schraubenkopf 5a und am anderen Ende des Schaftes 5b ein Gewinde 5c aufweisen und von denen eine in 1 beispielhaft dargestellt ist.
Die Schraube 5 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform durch eine Bohrung 1a des Zylinderkopfes 1 hindurchführt und mit dem Gewinde 5c im Zylinderblock 2 unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt.
Erfindungsgemäß ist die Schraube 5 mit einem aktiv steuerbaren Spannelement 6 ausgestattet, welches gemäß 1 hülsenförmig ausgebildet ist, sich einerseits am Schraubenkopf 5a der Schraube 5 und andererseits am Zylinderkopf 1 abstützt und eine Variation der Spannkraft ermöglicht.
Das aktiv steuerbare Spannelement 6 ist ein hydraulisches Spannelement 6a, das als Hydraulikflüssigkeit Öl verwendet und zwecks Versorgung mit Öl via Versorgungsleitung 8 mit dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verbindbar ist, d. h. über einen Anschluss 8 zum Ölkreislauf der Brennkraftmaschine verfügt.
Das hydraulische Spannelement 6a verfügt über eine im Volumen veränderbare Druckkammer 7. Durch Erhöhen des Öldrucks in der Kammer 7 verlängert sich die Kammer 7 in Richtung der Längsachse der Schraube 5, dehnt die Schraube 5 und erhöht auf diese Weise die Zugkraft in der Schraube 5 bzw. die Spannkraft in der Verbindung zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Zylinderblock 2.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderkopf
1a: Bohrung im Zylinderkopf
2: Zylinderblock
2a: Bohrung im Zylinderblock
3: Dichtung
4: Verbindungselement
5: Schraube
5a: Schraubenkopf
5b: Schaft
5c: Gewinde
6: Spannelement
6a: hydraulisches Spannelement
7: Druckkammer
8: Versorgungsleitung, Anschluss zum Ölkreislauf

Claims

Selbstzündende Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf (1), der mindestens einen Zylinder aufweist und an einer Montageseite mit einem Zylinderblock (2) unter Ausbildung von Spannkräften verbunden ist, bei der – zwischen dem Zylinderblock (2) und dem mindestens einen Zylinderkopf (1) eine Dichtung (3) vorgesehen und eingespannt ist, und – in dem Zylinderblock (2) und dem mindestens einen Zylinderkopf (1) Bohrungen (1a, 2a) vorgesehen sind, wobei der mindestens eine Zylinderkopf (1) und der Zylinderblock (1) mittels Verbindungselementen (4) miteinander verbunden sind, die mindestens ein Gewinde (5c) aufweisen und in die Bohrungen (1a, 2a) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) und des Zylinderblocks (2) eingeführt und unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens ein Verbindungselement (4) mit einem aktiv steuerbaren Spannelement (6) ausgestattet ist, welches sich einerseits am Verbindungselement (4) und andererseits an der Kombination aus Zylinderblock (2) und Zylinderkopf (1) abstützt und eine Variation der Spannkraft ermöglicht.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) ein hydraulisches Spannelement (6a) ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Spannelement (6a) als Hydraulikflüssigkeit Öl verwendet.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 mit einem Ölkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Spannelement (6a) mit dem Ölkreislauf der Brennkraftmaschine zumindest verbindbar ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Spannelement (6a) eine im Volumen veränderbare Druckkammer (7) aufweist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) hülsenförmig ausgebildet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) u-förmig ausgebildet ist, in der Art einer einen offenen Stoß aufweisenden Unterlegscheibe.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (4) eine Schraube (5) ist, die an einem Ende einen Schraubenkopf (5a) und an einem anderen Ende ein Gewinde (5c) aufweist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (5) durch eine Bohrung (1a) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) hindurchführt und mit dem Gewinde (5c) im Zylinderblock (2) unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) sich einerseits am Schraubenkopf (5a) und andererseits am Zylinderkopf (1) abstützt.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (5) durch eine Bohrung (2a) des Zylinderblocks (2) hindurchführt und mit dem Gewinde (5c) in dem mindestens einen Zylinderkopf (1) unter Ausbildung von Spannkräften verschraubt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) sich einerseits am Schraubenkopf (5a) und andererseits am Zylinderblock (2) abstützt.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (4) eine Gewindestange und eine Mutter umfasst, wobei die Gewindestange an beiden Enden ein Gewinde aufweist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange an einem Ende im Zylinderblock (2) verschraubt ist, durch eine Bohrung (1a) des mindestens einen Zylinderkopfes (1) hindurchführt und an dem anderen Ende unter Ausbildung von Spannkräften mit der Mutter verschraubt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) sich einerseits an der Mutter und andererseits am Zylinderkopf (1) abstützt.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindestange an einem Ende in dem mindestens einen Zylinderkopf (1) verschraubt ist, durch eine Bohrung (2a) des Zylinderblocks (2) hindurchführt und an dem anderen Ende unter Ausbildung von Spannkräften mit der Mutter verschraubt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das aktiv steuerbare Spannelement (6) sich einerseits an der Mutter und andererseits am Zylinderblock (2) abstützt.
Verfahren zur Begrenzung und Verringerung der mechanischen Belastung der Dichtung (3) einer selbstzündenden Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannkraft durch Betätigen des Spannelements (6) bei zunehmender Last der Brennkraftmaschine erhöht wird.