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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ableitung und ein Entlüften eines Zylinderkopfs.
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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 61/345,384 , die am 17. Mai 2010 eingereicht wurde und die hierdurch in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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HINTERGRUND
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Ein Motorzylinderkopf mit zentraler Direkteinspritzung (DI) ist typischerweise mit einem Einlassventiltrieb und einem Auslassventiltrieb ausgebildet, die durch eine zentrale Mulde separiert sind, welche die Einspritzeinrichtungen und die Zündkerzen umfasst. Ein Verbinden der Einlass- und Auslasskammern, um eine Ableitung und eine Ventilation zwischen den Kammern zu ermöglichen, ist aufgrund der Kopfausbildung, welche für die zentrale DI erforderlich ist, sehr schwierig. Eine Zylinderkopfabdeckung kann derart eine Öffnung über der zentralen Mulde schaffen, dass die zentrale Mulde nicht abgedeckt ist, wodurch ein Zugang zu den Einspritzeinrichtungen und zu den Zündkerzen geschaffen wird, der die Ventilation und den Ölabfluss zwischen der Einlass- und der Auslasskammer sowie durch die Kopfabdeckung begrenzen kann. Ein begrenzter Ölabfluss zwischen den Kammern auf einer hohen Seite und einer niedrigen Seite kann zu einer übermäßigen Ölansammlung, nicht ausreichender Ölkühlung und einem erhöhten Potential für eine Ölverkokung führen. Das Schaffen von Durchgängen für die Ölzirkulation, den Ölabfluss und die Ventilation zwischen den Kammern kann Systeme zum Ölmanagement und zur Ölzirkulation erfordern, die außerhalb des Zylinderkopfs ausgebildet sind und die Anforderungen an das Ölsystem, die Motorkosten, die Komplexität des Motors sowie die Anforderungen an den Bauraum erhöhen.
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Aus der
US 6,257,188 B1 ist ein Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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In der
DE 196 14 825 A1 ist ein Zylinderkopf beschrieben, bei dem eine erste Kammer auf einer Seite des Zylinderkopfs mit einer zweiten Kammer auf der anderen Seite des Zylinderkopfs zwar in einem zentralen Bereich durch eine Mulde getrennt, aber mittels Durchgängen verbunden ist, die jeweils in der Mulde münden.
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In der
DE 691 03 117 T2 ist ein ähnlicher Zylinderkopf beschrieben, der jedoch keine Durchgänge zwischen den Kammern auf der Einlass- und der Auslassseite aufweist.
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Die
DE 101 38 698 A1 beschreibt einen Zylinderkopf, bei dem Kammern auf dessen Einlass- und Auslassseite durch Kanäle zwischen Aussparungen für Einspritzeinrichtungen verbunden sind.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfs ist aus der
EP 0 445 355 B1 bekannt, bei dem eine mehrteilige Kernbaugruppe zusammengefügt wird und der Zylinderkopf anschließend unter Verwendung der Kernbaugruppe gegossen wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorzylinderkopf mit verbesserter Ölzirkulation und Ventilation ohne äußere Ölmanagement- und Ölzirkulationssysteme sowie ein Verfahren für dessen Herstellung zu schaffen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
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Ein Motorzylinderkopf mit zentraler Direkteinspritzung (DI) ist mit einem Einlassventiltrieb und einem Auslassventiltrieb ausgebildet, die durch eine nicht abgedeckte zentrale Mulde separiert sind, welche die Einspritzeinrichtung und die Zündkerzen umfasst. Der Zylinderkopf ist ferner für einen integrierten Auslass ausgebildet. Die Zylinderkopfabdeckung ist ausgebildet, um die Einlass- und die Auslasskammern abzudichten, während eine Öffnung derart über der zentralen Mulde geschaffen wird, dass die zentrale Mulde nicht abgedeckt ist und ein Zugang zu den Einspritzeinrichtungen und Zündkerzen, sowie für ein Einbauen anderer Komponenten, einschließlich einer zentralen DI-Leiste, geschaffen wird. Die Ventilation zwischen der Einlass- und der Auslasskammer oberhalb der Fläche der Zylinderkopfkammern und durch die Kopfabdeckung kann auf einen hinteren Durchgang begrenzt sein, der aufgrund von Bauraumbeschränkungen des Motors eine signifikant verringerte Querschnittsfläche aufweisen kann. Die Ausbildung der nicht abgedeckten zentralen DI-Mulde kann dem Ölabfluss über die Zylinderkopfflächen zwischen den Kammern auf einer hohen Seite und auf einer niedrigen Seite begrenzen.
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Es wird ein Zylinderkopf mit integrierten Ablauf-/Entlüftungsdurchgängen geschaffen, der ausgebildet ist, um einen Abfluss von Öl und eine PCV-Übertragung zwischen den Kammern auf einer hohen Seite und auf einer niedrigen Seite des Zylinderkopfs zu schaffen. Der Zylinderkopf weist eine erste Seite, die eine erste Kammer definiert, eine zweite Seite, die eine zweite Kammer definiert, und einen zentralen Abschnitt auf, der eine Mulde definiert, welche die erste Kammer im Wesentlichen von der zweiten Kammer separiert. Der Zylinderkopf weist ferner mehrere Durchgänge auf, wobei jeder von den mehreren Durchgängen ausgebildet ist, um Fluide, einschließlich von Abgas und schmierendem Fluid, zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer zu übertragen, einschließlich beispielsweise von Öl, das von einer ersten Kammer zu einer zweiten Kammer abläuft.
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Es wird ein Verfahren geschaffen, um den Zylinderkopf zu bilden, wie er hierin beschrieben ist, wobei der Zylinderkopf gebildet wird, indem der Kopf gegossen wird, der mehrere Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer des Zylinderkopfs aufweist. Der gegossene Zylinderkopf ist mit einer zentralen Dl-Mulde ausgebildet, die eine erste Kammer und eine zweite Kammer separiert, und das Verfahren des Gießens umfasst, dass eine Kernbaugruppe zusammengefügt wird, die einen ersten Kern, einen zweiten Kern und einen dritten Kern umfasst. Der erste Kern ist ausgebildet, um die zentrale DI-Mulde des Zylinderkopfs zu definieren, und der zweite Kern ist ausgebildet, um mehrere Durchgänge zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer zu definieren, wobei jeder von den mehreren Durchgängen ausgebildet ist, um mit der ersten Kammer und der zweiten Kammer des Zylinderkopfs in Verbindung zu stehen. Der dritte Kern ist ausgebildet, um einen Wassermantel zu definieren. Der Zylinderkopf wird unter Verwendung der Kernbaugruppe aus Aluminium oder Gusseisen gegossen.
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Die obigen Merkmale und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich werden, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Draufsicht eines Zylinderkopfs, der für eine zentrale Direkteinspritzung ausgebildet ist;
- 2 ist eine schematische Querschnittsansicht des Schnitts A-A von 1, wobei der Zylinderkopf ausgerichtet ist, wie er in einem Fahrzeug eingebaut ist, und die zentrale Mulde zeigt, die durch eine Öffnung für eine Einspritzeinrichtung aufgeschnitten ist;
- 3 ist eine schematische Querschnittsansicht des Schnitts B-B von 1, wobei der Zylinderkopf ausgerichtet ist, wie er in einem Fahrzeug eingebaut ist, und die zentrale Mulde, die zwischen einer Öffnung für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einer Öffnung für eine Zündkerze aufgeschnitten ist, sowie einen Ablauf-/ Entlüftungsdurchgang zwischen den Kammern zeigt;
- 4 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer Kernbaugruppe, die bei dem Gießen des Zylinderkopfs von 1 einschließlich der Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge verwendet wird;
- 5A ist eine Perspektivansicht von unten auf einen Kern der Kernbaugruppe von 4, welche die Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge des Zylinderkopfs von 1 definiert;
- 5B ist eine perspektivische Draufsicht eines Kerns der Kernbaugruppe von 4, welche die Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge des Zylinderkopfs von 1 definiert;
- 6A ist eine schematische Ansicht von unten auf eine Kern-Unterbaugruppe der Kernbaugruppe von 4;
- 6B ist eine Ansicht von unten auf einen Kern der Kern-Unterbaugruppe von 6A;
- 7A ist eine schematische Draufsicht einer Kern-Unterbaugruppe der Kernbaugruppe von 4; und
- 7B ist eine Draufsicht eines Kerns der Kern-Unterbaugruppe von 6A.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten repräsentieren, und mit 1 beginnend, ist eine schematische Draufsicht eines teilweise zusammengefügten Zylinderkopfs allgemein bei 10 angezeigt. Der Zylinderkopf 10 wird als ein Guss gebildet, typischerweise aus Aluminium oder Gusseisen, und er kann zusätzlich durch maschinelle Bearbeitung, Abschleifen oder andere Prozesse endbearbeitet werden. Der Zylinderkopf 10, der auch als Kopf 10 bezeichnet werden kann, ist ausgebildet, um eine erste Seite 12 und eine zweite Seite 20 aufzuweisen, die im Wesentlichen von der Vorderseite 24 zu der Hinterseite 26 des Kopfs 10 entlang der Längsachse des Kopfs 10 ausgerichtet sind und durch einen zentralen Abschnitt 16 separiert sind. Eine erste Kammer 14 wird durch die erste Seite 12 des Kopfs 10 definiert, und eine zweite Kammer 22 wird durch die zweite Seite 20 des Kopfs 10 definiert.
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Ein zentraler Abschnitt 16 definiert eine Mulde 18, die sich im Wesentlichen entlang der Längsachse des Zylinderkopfs erstreckt und die Kammer 14 im Wesentlichen von der Kammer 22 separiert. Mehrere Öffnungen 34 für Einspritzeinrichtungen und mehrere Öffnungen 32 für Zündkerzen sind in der Mulde 18 angeordnet, wobei die Öffnungen in 1 in ihrem Zustand wie gegossen gezeigt sind. Die Öffnungen 34 für die Einspritzeinrichtungen und die Öffnungen 32 für die Zündkerzen wechseln sich bezüglich der Orte entlang der Mulde 18 derart ab, dass ein Satz, der eine Öffnung für eine Einspritzeinrichtung und eine Öffnung für eine Zündkerze umfasst, angeordnet ist, um einem jeweiligen Satz von Ventilen für jeden Zylinder des Zylinderkopfs zu entsprechen. Der Umfang der Mulde 18 wird durch eine innere Dichtungsleiste 28 definiert, die eine abdichtende Fläche für eine Zylinderkopfabdeckung schafft. Die Zylinderkopfabdeckung ist in ihrem zentralen Bereich offen, so dass die Mulde 18 innerhalb des Umfangs, der durch die innere Dichtungsleiste 28 definiert ist, nicht durch die Kopfabdeckung abgedeckt bleibt.
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Bei der in 1 gezeigten Ausbildung ist die erste Seite 12 die Einlassseite des Kopfs 10, und die erste Kammer 14 ist die Einlasskammer des Kopfs 10; und die zweite Seite 20 ist die Auslassseite des Kopfs 10, und die zweite Kammer 22 ist die Auslasskammer des Kopfs 10. Nun auf 2 Bezug nehmend, ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A von 1 gezeigt, welche die zentrale Mulde darstellt, die durch eine Öffnung 34 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung hindurch aufgeschnitten ist. Die Ausrichtung des Zylinderkopfs 10, wenn dieser in einem Motor eines Fahrzeugs eingebaut ist, ist ebenso im zusätzlichen Detail gezeigt, wobei der Kopf 10 dann, wenn er in der Fahrzeugausrichtung eingebaut ist, um seine Längsachse um X Grad aus der Horizontalen heraus derart gekippt oder gedreht ist, dass die Einlassseite 12 höher als die Auslassseite 20 liegt. Bei dieser Ausrichtung wird die Einlassseite 12 als die hohe Seite des Kopfs 10 bezeichnet, und die Auslassseite 20 wird als die niedrige Seite bezeichnet, wobei die hohe Seite 12 um X Grad über die Horizontale und die niedrige Seite 20 um X Grad unter die Horizontal gekippt ist. Bei einer nicht einschränkenden Beispielausbildung ist der Zylinderkopf 10 um ungefähr 9 Grad aus der Horizontalen gekippt, wobei die Einlassseite 12 höher als die Auslassseite 20 gekippt ist. Bei einer eingebauten Ausbildung an einem Motor und in einem Fahrzeug kann die horizontale Ebene als eine Ebene definiert werden, die parallel zu der Ebene verläuft, die durch die Räder des Fahrzeugs in Kontakt mit dem Boden, auf dem sich das Fahrzeug bei einer normalen Ausrichtung befindet, hergestellt wird.
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Wieder auf 1 und 2 Bezug nehmend, erstrecken sich die Kammern 14 und 22 im Wesentlichen entlang beider Seiten der Mulde 18. Die niedrigere Fläche (in einer Ausrichtung wie eingebaut) jeder Kammer 14, 22 definiert ein Federdeck 50, das mehrere Federsitze 36 aufweist. Jeder Federsitz 36 definiert eine Ventilführung 38. Die obere Fläche (in einer Ausrichtung wie eingebaut) des Kopfs 10 weist eine äußere Dichtungsleiste 30 auf, die sich im Wesentlichen um den äußeren Umfang des Kopfs 10 herum erstreckt, und sie weist ferner eine innere Dichtungsleiste 28 auf. Die innere Dichtungsleiste 28 ist, wie zuvor diskutiert wurde, entlang des Umfangs der Mulde 18 angeordnet. Die innere Dichtungsleiste 28 und die äußere Dichtungsleiste 30 schaffen Dichtungsflächen, gegen die eine Zylinderkopfabdeckung (nicht gezeigt) befestigt wird, und sie definieren dazwischen die Fläche des Zylinderkopfs 10, die durch die Zylinderkopfabdeckung eingeschlossen und abgedeckt wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist eine obere Deckfläche 42 eine Öffnung 46 auf. Die Öffnung 46 ist ein Befestigungsloch für eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffpumpen-Stößel/Rollenschlepphebel (nicht gezeigt). Ein Durchgang 48 wird durch zumindest einen Abschnitt der oberen Deckfläche 42 und eine Zylinderkopfabdeckung definiert, die an den Dichtungsleisten 28, 30 an dem Kopf 10 befestigt ist.
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Die Zylinderkopfabdeckung (nicht gezeigt) ist mit einer Außenkante, die mit der äußeren Dichtungsleiste 30 im Wesentlichen übereinstimmt, und einer Innenkante ausgebildet, die mit der inneren Dichtungsleiste 28 im Wesentlichen übereinstimmt, so dass die Zylinderabdeckung mit einem offenen zentralen Abschnitt ausgebildet ist, der durch die Innenkante definiert ist. Wenn sie an dem Kopf 10 montiert ist, dichtet die Zylinderabdeckung gegen die Leisten 28 und 30 ab, um die Einlass- und Auslasskammer sowie eine verbindende obere Deckfläche 42 zu umschließen, wobei die Mulde 18 nicht umschlossen durch die Zylinderabdeckung belassen wird. Die Zylinderabdeckung ist von ausreichender Höhe, um die Nocken, die Ventilschäfte, die Hebelarme und andere Komponenten zu umschließen, die in den Kopf 10 eingebaut sind und die über die obere Fläche des Kopfs 10 (in einer Ausrichtung wie eingebaut) hinausragen können. Die Zylinderabdeckung kann aufgrund von Bauraumüberlegungen bezüglich der Höhe verkleinert sein oder in dem Bereich teilweise zurückversetzt sein, der einem Abschnitt des oberen Decks 42 und des Ablauf-/Entlüftungsdurchgangs 48 entspricht. Beispielsweise kann sich die Dl-Kraftstoffleiste, die über der Mulde 18 positioniert ist, von der Rückseite des Zylinderkopfs durch den zurückversetzten Bereich der Zylinderabdeckung erstrecken, oder die Zylinderkopfabdeckung kann von einer verringerten Höhe oder zurückversetzt sein, um die Verbindung zwischen der Kraftstoffpumpe und der Dl-Kraftstoffleiste einzupacken.
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Das Abdichten der Fläche des Kopfs 10 mit einer Zylinderabdeckung, die einen offenen zentralen Abschnitt aufweist, der ausgebildet ist, um die Mulde 18 nicht abgedeckt zu lassen, so dass die Einlasskammer und die Auslasskammer an der Kopffläche durch den Ablauf-/Entlüftungsdurchgang 48 verbunden sind, der aufgrund von Bauraumbeschränkungen eine begrenzte Höhe und einen begrenzten Querschnitt aufweisen kann, begrenzt den Bereich für die Ölströmung und die Ventilationsatmung von einer Kammer zu der anderen durch die Zylinderabdeckung wesentlich. Wieder auf 2 Bezug nehmend, ist eine Querschnittsansicht der Kammern 14 und 22 sowie der Mulde 18 gezeigt, welche die Separierung der Kammer 14 und der Kammer 22 weiter veranschaulicht. 2 zeigt einen Schnitt durch die Öffnung 34 für die Einspritzeinrichtung oberhalb der Zylinderöffnung 52. Öl, das sich in dem unteren Abschnitt der Kammer 14 ansammelt, wird sich an der unteren Fläche des Federdecks 50 der Kammer 14 um den Federsitz 36 und die Ventilführung 38 herum ansammeln. Wie dargestellt ist, gibt es keinen Abflussweg für Öl, um von der Kammer 14 auf der hohen Seite zu der Kammer 22 auf der niedrigen Seite zu strömen. Ferner gibt es keinen Ventilationsweg durch die Zylinderabdeckung in dem Schnitt, der von der Kammer 14 über die Mulde 18 zu der Kammer 22 gezeigt ist, wenn die Zylinderkopfabdeckung eingebaut ist. Wie zuvor diskutiert wurde, ist die Kopfabdeckung mit einem zentralen offenen Abschnitt ausgebildet, so dass die Abdeckung in einem ersten Abschnitt von der äußeren Dichtungsleiste 30 an dem äußeren Umfang der Kammer 14 bis zu der inneren Dichtungsleiste 28 an dem inneren Umfang der Kammer 14 abgedichtet ist und dass sie in einem zweiten Abschnitt von der äußeren Dichtungsleiste 30 an dem äußeren Umfang der Kammer 22 bis zu der inneren Dichtungsleiste 28 an dem inneren Umfang der Kammer 22 abgedichtet ist.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 10 für einen integrierten Auslass ausgebildet, und erweist mehrere Einlassöffnungen 40, Auslassöffnungen 54 und Entlüftungsöffnungen 56 für eine Kurbelgehäuseentlüftung (PCV) auf (siehe 3), so dass der Kopf 10 auch als ein Auslasskrümmer wirkt. Eine PCV-Übertragung zwischen der Einlass- und der Auslasskammer ist für einen korrekten Betrieb und eine korrekte Beatmung des Motors erforderlich. Wie hierin beschrieben ist, sind mehrere Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62 (siehe 3) in dem Kopf 10 in Verbindung mit der Einlasskammer 14 und der Auslasskammer 22 vorgesehen, um die PCV-Übertragung zwischen der Einlasskammer 14 und der Auslasskammer 22 zu ergänzen und dadurch für eine zusätzliche Beatmung des Motors zu sorgen und um die begrenzte Ventilation über die Kammer hinweg zu behandeln, die von dem zentralen DI-Bauraum herrührt.
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Um die Abnutzung zu minimieren, und für die Glattheit des Betriebs muss eine Schmierung an den sich bewegenden und verbindenden Teilen, wie beispielsweise den Nocken, Ventilen, Kipphebeln, Stößeln usw., in den Kammern des Zylinderkopfs vorgesehen sein. Das Schmiermittel, das auch als schmierendes Fluid bezeichnet wird, ist typischerweise beispielsweise ein Motoröl oder ein synthetisches oder halbsynthetisches Schmiermittel oder Öl. Wieder auf 1 Bezug nehmend, strömt das Öl, das in dem Zylinderkopf vorhanden ist, in einer Richtung 44 im Wesentlichen von der Einlassseite 12 zu der Auslassseite 20. Das Öl strömt aufgrund der Schwerkraft und der Ausrichtung des Zylinderkopfs 10 in eine Richtung 44, wenn dieser in einen Motor eingebaut ist, z.B. wenn der Zylinderkopf 10 in einer eingebauten Position aus der Horizontalen gekippt ist, wie es in 2 gezeigt ist. Das Öl, das dem Kopf 10 von einem Motorölsystem (nicht gezeigt) kontinuierlich zugeführt wird, kann sich beispielsweise in den Kammern 14 und 22 sammeln, und überschüssiges Öl muss aus diesen Bereichen für eine erneute Zirkulation durch das Motorölsystem und zum Verhindern einer Überhitzung des Öls, die eine Ölverkokung bewirken könnte, abgeleitet werden. Wie in 1 gezeigt ist, kann überschüssiges Öl, das sich in der Auslasskammer 22 ansammelt, beispielsweise durch Ölablasslöcher 72 abgeleitet werden. Die Ölströmung von der Einlassseite (hohen Seite) 12 zu der Auslassseite (niedrigen Seite) 20 und den Ablasslöchern 72, die darin angeordnet sind, ist an den Flächen des Kopfs 10 auf eine Ölströmung beschränkt, die mittels des Ablaufdurchgangs 48 über die obere Deckfläche 42 auftritt. In einer Ausrichtung wie eingebaut sammelt sich überschüssiges Öl, das sich in der Einlasskammer 14 ansammelt, hauptsächlich auf einem Niveau unterhalb der oberen Deckfläche 42 an, dadurch ist das Öl, das über die obere Deckfläche 42 und durch den unteren Ablassdurchgang 48 strömt, hauptsächlich Öl, das für die Schmierung eines Kraftstoffpumpenstößels und - nockens in Verbindung mit einer Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) und einem Befestigungsloch 46 geliefert wird. Es wird daher ein Mittel benötigt, um überschüssiges Öl aus der Kammer 14 zu der Kammer 22 abzuleiten. Wie hierin beschrieben ist, sind mehrere Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62 (siehe 3) in dem Kopf 10 vorgesehen, so dass überschüssiges Öl, das sich an dem Federdeck 50 der Kammer 14 ansammelt, in die Kammer 22 und von dem Zylinderkopf 10 durch Ablasslöcher 72 abgeleitet werden kann, wodurch die Kosten, die Komplexität und die Bauraumschwierigkeiten von zusätzlichen Ablasslöchern für die Einlasskammer 14 auf der hohen Seite vermieden werden.
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Nun auf 3 Bezug nehmend, ist eine Querschnittsansicht des Schnitts B-B von 1 gezeigt, wobei der Zylinderkopf 10 ausgerichtet ist, wie er in einem Fahrzeug eingebaut ist. Die zentrale Mulde 18 ist zwischen einer Öffnung 34 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (nicht gezeigt) eines ersten Zylinders und einer Öffnung 32 für eine Zündkerze eines zweiten und benachbarten Zylinders im Querschnitt gezeigt. Ebenso ist ein Ablauf-/ Entlüftungsdurchgang 62 in Verbindung mit der Einlasskammer 14 und der Auslasskammer 22 gezeigt und hierin weiter beschrieben, der einen Ablauf von Öl und eine PCV-Übertragung von einer Kammer zu einer anderen ermöglicht. Eine Einlassdurchgangsöffnung 64 ist durch einen Abschnitt einer inneren Einlasskammerwand 68 und ein Federdeck 50 auf der Einlassseite definiert. Eine Auslassdurchgangsöffnung 66 ist durch einen Abschnitt einer inneren Auslasskammerwand 70 und ein Federdeck 50 auf der Auslassseite definiert. Bei einer Ausrichtung wie eingebaut läuft Öl von dem Federdeckbereich der Einlasskammer 14 durch den Durchgang 62 zu der Auslasskammer 22 ab, wobei es, wie zuvor diskutiert wurde, durch die Ablasslöcher 72 für eine erneute Zirkulation zu dem Ölzufuhrsystem des Motors abgelassen werden kann. Eine PCV-Ventilation kann ebenso durch den Durchgang 62 auftreten und für eine zusätzliche Beatmung des Motors von der ersten Kammer 14 zu der zweiten Kammer 22 sorgen.
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Der Ablauf-/Entlüftungsdurchgang 62 ist ein integrierter Durchgang, der während des Gießens des Zylinderkopfs 10 unter Verwendung eines hierin beschriebenen Verfahrens gebildet wird. Der Durchgang 62, wie er beispielsweise in 3 gezeigt ist, ist oberhalb eines Teilstücks eines Wassermantels 58 angeordnet, der ebenso während des Gießens des Zylinderkopfs 10 gebildet wird und von der Kammer 14 zu der Kammer 22 zwischen einer Öffnung 34 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung eines ersten Zylinders und einer Öffnung 32 für eine Zündkerze eines benachbarten Zylinders verläuft. Ein erstes Teilstück des Zylinderkopfs 10 separiert den Durchgang 62, wie er in 3 gezeigt ist, von dem Wassermantel 58, und ein zweites Teilstück des Zylinderkopfs 10 separiert den Durchgang 62 von der Mulde 18.
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Mehrere Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62 können in dem Zylinderkopf 10 gebildet sein, um die Kammern 14, 22 des Zylinderkopfs 10 zu verbinden. Die mehreren Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62 können bezüglich der Ausbildung und des Orts variieren. Beispielsweise kann zusätzlich zu den Ablauf-/Entlüftungsdurchgängen 62, die zwischen den Zylindersätzen angeordnet sind, ein Ablauf-/Entlüftungsdurchgang 62 in dem vorderen Endabschnitt des Kopfs 10 angeordnet sein und das vordere Ende der Kammer 14 mit dem vorderen Ende der Kammer 22 verbinden. Ein anderer Ablauf-/Entlüftungsdurchgang 62 kann in dem hinteren Endabschnitt des Kopfs 10 angeordnet sein und das hintere Ende der Kammer 14 mit dem hinteren Ende der Kammer 22 verbinden.
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4 ist eine schematische Perspektivdarstellung einer Kembaugruppe, die für ein Verfahren zum Gießen des Zylinderkopfs 10 von 1 verwendet wird, einschließlich des Gießens der Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62. Allgemein bei 100 ist eine Kernbaugruppe angezeigt, die aus einem ersten Kern 102, der als ein Kernoberkasten bezeichnet wird, einem zweiten Kern 104, der einen Kernabschnitt 106 aufweist, der als ein Federdeck-/Ablauf-/Entlüftungskern bezeichnet wird, und einem dritten Kern 130 besteht, der als ein oberer Wassermantelkern bezeichnet wird, wobei der zweite Kern 104 während des Gussprozesses zwischen dem ersten Kern 102 und dem dritten Kern 130 eingeklemmt oder positioniert ist. Es versteht sich, dass die Kernbaugruppe 100 bei dem Gießen des Kopfs 10 mit anderen Werkzeugkomponenten verwendet werden würde. Die Oberseite des Kernoberkastens 102 ist bei 126 angezeigt, und die Unterseite des Kernoberkastens 102 ist bei 128 angezeigt. Diese sind als Referenzen gedacht, die allgemein zur Ausrichtung der Kerne und der Kernbaugruppe anwendbar sind, z.B. gilt dieselbe Richtungszuweisung der Oberseite und der Unterseite für jeden Kern in der Kernbaugruppe und für die Kernbaugruppe. Jede Kernfläche oder jeder Abschnitt einer Kernfläche kann eine Gussfläche, einen Abschnitt einer Gussfläche oder eine Kombination von Gussflächen für den Guss des Zylinderkopfs 10 definieren. Beispielsweise definiert der unterseitige Abschnitt 128 des Kernoberkastens 102 die innere Gussfläche der Mulde 18, einschließlich der Öffnungen 32 für die Zündkerzen und der Öffnungen 34 für die Einspritzeinrichtungen. Eine Kombination von Kernen kann ein inneres und einen äußeres Teilstück für den Guss des Kopfs 10 definieren. Beispielsweise definieren der Kernoberkasten 102 und der zweite Kern 104 bei einem Teilstück 110 den entsprechenden oberseitigen Deckflächenabschnitt 42 und die Ablaufentlüftung 48. Als ein anderes Beispiel definiert die oberseitige Fläche des oberen Wassermantelkerns 130 in Kombination mit der unterseitigen Fläche des unteren Kernabschnitts 106 des Federdeck-/Ablauf-/Entlüftungskems 104 das im Wesentlichen horizontale Innenteilstück zwischen dem im Wesentlichen horizontalen Durchgang 60 des Wassermantels 58 und dem Durchgang 62, die in 3 gezeigt sind.
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Wie in 4 gezeigt ist, definiert der zweite Kern 104 im Wesentlichen die Innenfläche der ersten und der zweiten Kammer 14 und 22. Der untere Kernabschnitt 106 des zweiten Kerns 104, der auch als Federdeck-/Ablauf-/Entlüftungskern bezeichnet wird, definiert den unteren Abschnitt der Innenfläche der Kammern 14 und 22, z.B. die Federdeckflächen 50 einschließlich der Federsitze 36, der Ventilführungen 38 und der Innenwandabschnitte 68, 70 benachbart zu dem Federdeck 50. Der untere Kernabschnitt 106 definiert in Kombination mit dem oberen Wassermantelkern 130 die Durchgangsöffnungen 64 und 66 und ferner in Kombination mit dem Kernoberkasten 102 die Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62.
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Nun auf 5A und 5B Bezug nehmend, ist eine schematische Perspektivansicht von unten auf den Kern 104 gezeigt, der den unteren Kernabschnitt 106 umfasst, der die Ablauf-/Entlüftungsdurchgänge 62 des Zylinderkopfs 10 definiert. Wie zuvor diskutiert wurde, definiert der untere Kernabschnitt 106 die Federdeckflächen 50 und die inneren Wandabschnitte 68, 70. Als Referenz und zur Ausrichtung des Kerns 104 für den Guss des Kopfs 10 ist eine erste Seite 112 des Kerns 104 angezeigt, die der Einlassseite 12 und der Kammer 14 des Kopfs 10 entspricht, und eine zweite Seite 120 des Kerns 104 ist angezeigt, die der Auslassseite 20 und der Kammer 22 des Kopfs 10 entspricht. Ein zentraler Abschnitt 116 des Kerns 104 entspricht dem zentralen Abschnitt 16 des Kopfs 10.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, definieren Teilstücke 118 des zentralen Abschnitts 116 des unteren Kernabschnitts 106 mehrere Durchgänge 62 und ihre entsprechenden Durchgangsöffnungen 64, 66. Die mehreren Durchgänge 62, die den mehreren Kernteilstücken 118 entsprechen, sind diejenigen Durchgänge 62, die im Wesentlichen zwischen benachbarten Zylindern in dem Kopf 10 angeordnet sind und die in 3 dargestellt sind. Die Teilstücke 118 können bezüglich der Ausbildung variieren, einschließlich der Dicke, der Höhe, des Querschnitts und der Form, wie es für die spezielle Ausbildung des Zylinderkopfs 10 erforderlich ist und wie es für eine Berücksichtigung anderer Faktoren erforderlich ist, einschließlich von Überlegungen bezüglich des Gusses, wie beispielsweise des Schrumpfens, der Porosität und der Mikrostrukturkontrolle, sowie von Ausgestaltungsüberlegungen, wie beispielsweise der Wanddicke und -stärke, der thermischen Stabilität und der Anforderungen an den Maschinenbestand.
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In 5A und 5B sind ebenso die Kernteilstücke 114 und 108 gezeigt. Das Kernteilstück 114 entspricht einen Durchgang 62 und definiert diesen, einschließlich seiner Durchgangsöffnungen 64, 66, die in dem vorderen Abschnitt des Gusses des Kopfs 10 angeordnet sind. Der Durchgang 62, der durch das Teilstück 114 definiert ist, schafft einen Verbindungsdurchgang für die Ölströmung und die PCV-Übertragung zwischen dem vorderen Ende der Einlasskammer 14 und dem vorderen Ende der Auslasskammer 22. Das Kernteilstück 108 entspricht einem Durchgang 62 und definiert diesen, einschließlich seiner Durchgangsöffnungen 64, 66, die in dem hinteren Abschnitt des Gusses des Kopfs 10 angeordnet sind. Der Durchgang 62, der durch das Teilstück 108 definiert ist, schafft einen Verbindungsdurchgang für die Ölströmung und die PCV-Übertragung zwischen dem hinteren Ende der Einlasskammer 14 und dem hinteren Ende der Auslasskammer 22. Die Kernteilstücke 114 und 108 können verschieden voneinander und von den Kernteilstücken 118 ausgebildet sein, wie zuvor diskutiert wurde, unter Berücksichtigung der Ausgestaltungs-, Prozess- und Funktionsanforderungen des Kopfs 10.
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Zusätzliche Ansichten der Kerne und der Unterbaugruppen der Kerne sind in 6A, 6B, 7A und 7B vorgesehen, um die Ausrichtung eines Kerns bezüglich eines anderen in der Kernbaugruppe 100 weiter zu veranschaulichen und um die Kernteilstücke 108, 114 und 118 weiter zu veranschaulichen, die den Durchgängen 62 in dem Zylinderkopf 10 entsprechen. Auf 6A Bezug nehmend, ist eine Ansicht von unten auf eine Kern-Unterbaugruppe 122 gezeigt, die aus dem Kernoberkasten 102 und dem zweiten Kern 104 besteht. 6B liefert eine Ansicht von unten auf den zweiten Kern 104. Nun auf 7A Bezug nehmend, ist diese eine Draufsicht einer Kern-Unterbaugruppe 124, die aus dem zweiten Kern 104 und dem oberen Wassermantelkern 130 besteht, und 7B liefert eine Draufsicht des zweiten Kerns 104 der Kern-Unterbaugruppe von 6A.
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Die Vorteile einstückig gegossener Ablauf- und Entlüftungsdurchgänge in einem kompakten Zylinderkopf, wie sie hierin beschrieben sind, umfassen beispielsweise einen verbesserten Ölabfluss und eine verbesserte PCV-Übertragung zwischen den Zylinderkopfkammem, eine zusätzliche Motorbeatmung, eine Verringerung in der Komplexität des Ölsystems, eine Motorbauraumeffizienz und verringerte Kosten. Fachleute werden erkennen, dass die Erfindung, wie sie hierin beschrieben ist, nicht auf einen Motorzylinderkopf beschränkt ist, der für eine zentrale DI ausgebildet ist, und dass sie bei anderen Zylinderkopfausbildungen oder Ausbildungen mit ähnlichen Ausgestaltungs- und Leistungsanforderungen sowie -beschränkungen ausgeübt werden kann.
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Während die besten Weise zum Ausführen der Erfindung detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute, welche diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auszuüben.
