-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen von Kapazitäten von Verbrennungskammern eines Mehrzylindermotors und insbesondere ein Verfahren zum Einstellen von Kapazitäten von Verbrennungskammern eines Mehrzylindermotors, bei dem die Verbrennungskammerkapazitäten eines durch Gießen hergestellten Zylinderkopfs unter Verwendung von Schnitt- oder Frästoleranzen von Flächen bzw. Oberflächen der Verbrennungskammern eingestellt werden. Ferner betrifft die Erfindung ein Gussstück oder Rohling oder Halbzeug für einen Mehrzylindermotor.
-
Da ein theoretischer thermischer Wirkungsgrad eines Fremdzündungsbenzinmotors im Verhältnis zu einem Verdichtungsverhältnis von bis zu 17:1 zunimmt, wird der Anstieg des Verdichtungsverhältnisses als ein effektives Mittel zum Verbessern des Kraftstoffverbrauchs vorgeschlagen. Ferner ist eine dachförmige bzw. Pultdach-Verbrennungskammer, bei der eine einlassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche und eine auslassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche mit einer Dachform gebildet sind, als eine Verbrennungskammerstruktur bekannt, die zum Realisieren eines hohen Verdichtungsverhältnisses effektiv ist. Die dachförmige Verbrennungskammer wird als eine effektive Struktur angesehen, da ein vergleichsweise großer Durchmesser für Einlass- und Auslassventile sichergestellt werden kann, eine Verbrennungskammerkapazität im Vergleich zu einer Zylinderkapazität verringert werden kann und sie für die Steuerung bzw. Regelung einer Strömung, wie einer Tumble- bzw. Walzenströmung (vertikaler Wirbelströmung innerhalb des Zylinders) oder einer Swirl- bzw. Drallströmung (horizontaler Wirbelströmung innerhalb des Zylinders) von Ansaugluft innerhalb des Zylinders praktisch ist.
-
Ein Zylinderkopf eines Fremdzündungsbenzinmotors, der in der
JP H9-119344 A offenbart ist, enthält in einem einzelnen Zylinder zwei Einlassöffnungen und zwei Auslassöffnungen, ein Zündkerzenloch und einen Kühlwasserdurchgang. Ein Teil des Kühlwasserdurchgangs, der sich unterhalb der Einlassöffnungen befindet, wird durch eine Metallgießform gebildet, die als eine untere Flächen- bzw. Oberflächenhauptform des Zylinderkopfs dient, und ein Teil des Kühlwasserdurchgangs, der sich nicht unterhalb der Einlassöffnungen befindet, wird durch einen Sandkern gebildet. Diese Teile des Kühlwasserdurchgangs werden durch einen mechanischen Fertigungsvorgang nach dem Gießen zur Kommunikation miteinander hergestellt. Bei solch einem Zylinderkopf, der dachförmige Verbrennungskammern enthält, wird der Teil des Kühlwasserdurchgangs, der unterhalb der Einlassöffnungen angeordnet ist, durch eine Metallgießform hergestellt, weshalb die Gussqualität erhöht werden kann, indem verhindert wird, dass ein Sandkern zum Bilden des Kühlwasserdurchgangs, der unterhalb der Einlassöffnungen angeordnet ist, beschädigt wird, und weshalb die Antiklopffähigkeit bzw. Klopffestigkeit verbessert werden kann, indem die Abmessungen und somit die Kapazität des Kühlwasserdurchgangs präzise gesteuert bzw. kontrolliert werden.
-
Theoretisch kann ein Verdichtungsverhältniss ε aus der folgenden Gleichung berechnet werden: ε = ((π/4) × b2 × s + V)/V wobei in der Gleichung „b” einen Bohrungsdurchmesser des Zylinders angibt, „s” eine Hublänge eines Kolbens angibt und „V” die Verbrennungskammerkapazität angibt. Beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses tritt leicht eine abnormale Verbrennung, wie Klopfen, Vorzündung oder Detonation auf. Daher wird die Verbrennung für gewöhnlich dahingehend gesteuert bzw. geregelt, dass eine abnormale Verbrennung unterdrückt bzw. abgestellt wird, indem eine Zündeinstellung bzw. -zeitpunkt um einem vorbestimmten Zeitraum gemäß einem festgelegten Verdichtungsverhältniss von dem Punkt verzögert wird, wenn der Kolben beim dem Verdichtungshub den oberen Totpunkt erreicht.
-
Ein Verfahren zum Metallformgießen, bei dem geschmolzenes Metall in einen Formhohlraum gefüllt wird, wird beim Herstellen des Zylinderkopfs verwendet, und ein Niederdruckgussverfahren, bei dem ein vergleichsweise niedriger Druck (z. B. ca. 0,5 kg/cm2 oder weniger) eingesetzt wird, wird häufig beim Herstellen eines Gussprodukts verwendet, das aus einer leichten Legierung, wie einer Aluminiumlegierung besteht. Das geschmolzene Metall, das in den Formhohlraum gefüllt wird, wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit verfestigt, um ein Zylinderkopfmaterial zu bilden. Dann wird das Zylinderkopfmaterial aus der Metallgussform gelöst und als ein Nachprozess wird der gelöste Zylinderkopf geschnitten, um beispielsweise eine zusammenpassende bzw. dazugehörende Fläche bzw. Oberfläche zum Zusammenpassen mit einem Zylinderblock zu bilden. Selbst wenn der Formhohlraum präzise gebildet wird, um die Verbrennungskammern mit einer Sollkapazität in der Metallgießform herzustellen, können aus diesem Grund die Kühleigenschaften des geschmolzenen Metalls unter den Zylindern unterschiedlich sein und ein Schrumpfungsunterschied kann beispielsweise auf Grund der Verfestigungseigenschaften in den Verbrennungskammern der Zylinder auftreten.
-
Wenn der Schrumpfungsunterschied auf Grund der Verfestigungseigenschaften in den Verbrennungskammern des Zylinderkopfmaterials auftritt, variieren die Verbrennungskammerkapazitäten der Zylinder, wodurch keine einheitliche Verbrennung unterhalb der Zylinder erzielt werden kann und der Verbrennungsstatus des Motors negativ beeinflusst werden kann. Wenn bei einem Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis ein Gleichgewicht zwischen einer vorbestimmten Kraftstoffzufuhrmenge, dem Verdichtungsverhältniss und der Zündeinstellung verloren geht, kann eine abnormale Verbrennung wie oben beschrieben auftreten.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen von Kapazitäten von Verbrennungskammern eines Mehrzylindermotors bereitzustellen, bei dem bei einem durch Gießen gebildeten Zylinderkopf ein Einfluss auf die Verbrennung, der durch einen Schrumpfungsunterschied in Verbrennungskammern von Zylindern bewirkt wird, unterdrückt bzw. abgestellt werden kann und eine abnormale Verbrennung unterdrückt bzw. abgestellt werden kann, selbst wenn ein hohes Verdichtungsverhältniss festgelegt ist.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen von Kapazitäten von Verbrennungskammern eines Mehrzylindermotors bereitgestellt, der einen Zylinderkopf mit vertieften bzw. ausgesparten Teilen, die teilweise die Verbrennungskammern bilden, und einer zusammenpassenden bzw. dazugehörenden Fläche bzw. Oberfläche zum Zusammenpassen mit einem Zylinderblock aufweist, welches das Gießen eines Zylinderkopfs, welcher flache Referenzflächen bzw. -oberflächen oben an den vertieften bzw. ausgesparten Teilen des Zylinderkopfs aufweist, das Bearbeiten des gegossenen Zylinderkopfs, um die zusammenpassende bzw. dazugehörende Fläche bzw. Oberfläche zu bilden, das jeweilige Messen von Abständen in einer Höhenrichtung von der zusammenpassenden bzw. dazugehörenden Fläche bzw. Oberfläche zu den Referenzflächen bzw. -oberflächen und das Einstellen von Bearbeitungsspannen bzw. -toleranzen von Bearbeitungsabschnitten der Flächen bzw. Oberflächen der vertieften bzw. ausgesparten Teile basierend auf den gemessenen Höhenrichtungsabständen so, dass nach einer Bearbeitung eine Soll-Verbrennungskammerkapazität erreicht wird, umfasst.
-
Wie oben beschrieben umfasst das Verfahren zum Einstellen von Verbrennungskammerkapazitäten eines Mehrzylindermotors das Gießen des Zylinderkopfs, das die flachen Referenzflächen an der Oberseite der ausgesparten Teile des Zylinderkopfs aufweist. Daher können die Referenzflächen in Positionen gebildet werden, wo sich Schrumpfungsunterschiede in Verbrennungskammerkapazitäten am meisten widerspiegeln bzw. zeigen, das heißt an den Oberseiten der ausgesparten Teile, die am weitesten in den jeweiligen Verbrennungskammern des Zylinderblocks von der zusammenpassenden Fläche entfernt sind. Ferner sind die Referenzflächen an den Oberseiten der ausgesparten Teile des Zylinderkopfs gebildet. Daher werden Strömungen von Ansaugluft im Inneren der Zylinder nicht unterbrochen und eine Beeinflussung der Verbrennung kann verhindert werden.
-
Ferner sind die Referenzflächen insbesondere an den Oberseiten der ausgesparten Teile des Zylinderkopfs gebildet, wo sich die Schrumpfungsunterschiede in Verbrennungskammerkapazitäten am meisten widerspiegeln bzw. zeigen, und die Höhenrichtungsabstände von den zusammenpassenden Flächen zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock zu den Referenzflächen werden jeweils gemessen. Daher können die Schrumpfungsunterschiede bei Verbrennungskammerkapazitäten des Zylinderkopfmaterials bezüglich der Sollverbrennungskammerkapazität unter Verwendung der Höhenrichtungsabstände als Parameter bestimmt werden. Die Bearbeitungsspannen bzw. -toleranzen der Bearbeitungsabschnitte der Flächen der ausgesparten Teile werden insbesondere basierend auf den Höhenrichtungsabständen eingestellt. Daher können die Verbrennungskammerkapazitäten auf die Sollkapazität eingestellt bzw. an diese angepasst werden, der Einfluss auf die Verbrennung, der durch die Schrumpfungsunterschiede bei Verbrennungskammerkapazitäten bewirkt wird, kann unterdrückt bzw. abgestellt werden und eine abnormale Verbrennung kann unterdrückt bzw. abgestellt werden, selbst wenn ein hohes Verdichtungsverhältniss des Motors festgelegt ist.
-
Bei einer Ausführungsform kann die Verbrennungskammer eine dachförmige bzw. Pultdach-Verbrennungskammer sein, die eine einlassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche und eine auslassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche aufweist. Ferner kann die Referenzfläche an einer Grenze zwischen der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche und der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche vorgesehen sein. Ferner kann das Einstellen der Bearbeitungsspannen das Bearbeiten eines Öffnungskanten- bzw. -randabschnitts des ausgesparten Teils über einen Bereich von einem Einlassöffnung zu einem Auslassöffnung basierend auf dem gemessenen Höhenrichtungsabstand umfassen, wobei der Öffnungskanten- bzw. -randabschnitt als die Bearbeitungsabschnitte dient. Daher können sowohl eine Verringerung des Einflusses auf die Verbrennung als auch ein einfaches Einstellen der Kapazitäten realisiert werden, während die Form der dachförmigen Verbrennungskammer beibehalten wird.
-
Bei einer Ausführungsform kann das Gießen des Zylinderkopfs das Bilden von Bearbeitungsabschnitten der ausgesparten Teile derart umfassen, dass diese eine spezifizierte (vorherbestimmte oder vorherbestimmbare) Bearbeitungsspanne bzw. -toleranz bezüglich einer Sollverbrennungskammerkapazität aufweisen.
-
Wie oben beschrieben umfasst das Gießen des Zylinderkopfs das Bilden der Bearbeitungsabschnitte des Zylinderkopfmaterials derart, dass die Bearbeitungsabschnitte im Vorhinein die vorbestimmte Bearbeitungsspanne bezüglich der Sollverbrennungskammerkapazität aufweisen. Daher ist es ausgelegt, die Einstellung des Erhöhens der Größe zusätzlich zum Verringern der Größe der Verbrennungskammerkapazitäten zu erlauben, und dadurch kann das Einstellen über einen breiten Bereich durchgeführt werden.
-
Bei einer Ausführungsform kann das Einstellen der Bearbeitungsspannen das Festlegen von kleineren Bearbeitungsspannen, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand größer ist als ein Referenzhöhenrichtungsabstand, und das Festlegen von größeren Bearbeitungsspannen umfassen, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand kleiner ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand.
-
Wie oben beschrieben können die Einstellungen leicht durch Vergleichen des gemessenen Höhenrichtungsabstands und des Referenzhöhenrichtungsabstands durchgeführt werden.
-
Bei einer Ausführungsform kann der Mehrzylindermotor ein Verdichtungsverhältnis von 12:1 oder höher aufweisen.
-
Wenn bei einer Ausführungsform eine Sollverbrennungskammerkapazität „V0” ist, ein Höhenrichtungsabstand in der Verbrennungskammerkapazität V0 „h0” ist, eine Bodenabmessung des ausgesparten Teils in der Verbrennungskammerkapazität V0 „S0” ist und ein Faktor „K” ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt V0 = K × S0 × h0; und/oder wenn die Verbrennungskammerkapazität des Zylinderkopfmaterials „V” ist, der Höhenrichtungsabstand in der Verbrennungskammerkapazität V „h” ist und eine Bodenabmessung des ausgesparten Teils in der Verbrennungskammerkapazität V „S” ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt: V = K × S × h.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Gussstück oder Rohling oder Halbzeug für einen Mehrzylindermotor vorgesehen, der einen Zylinderkopf mit vertieften bzw. ausgesparten Teilen, die teilweise die Verbrennungskammern bilden, und einer zusammenpassende bzw. dazugehörende Fläche bzw. Oberfläche zum Zusammenpassen mit einem Zylinderblock aufweist, wobei das Gussstück erlaubt, Kapazitäten der Verbrennungskammern des Mehrzylindermotors einzustellen, wobei das Gussstück einen Zylinderkopf umfasst, der flache Referenzflächen bzw. -oberflächen oben an den vertieften bzw. ausgesparten Teilen des Zylinderkopfs aufweist, wobei der gegossene Zylinderkopf zu bearbeiten ist, um die zusammenpassende bzw. dazugehörende Fläche bzw. Oberfläche zu bilden, und wobei Bearbeitungsspannen bzw. -toleranzen von Bearbeitungsabschnitten der Flächen bzw. Oberflächen der vertieften bzw. ausgesparten Teile basierend auf den Höhenrichtungsabständen einzustellen sind, die jeweils in einer Höhenrichtung von der zusammenpassenden bzw. dazugehörenden Fläche bzw. Oberfläche zu den Referenzflächen bzw. -oberflächen gemessen werden.
-
Bei einer Ausführungsform ist die Verbrennungskammer eine dachförmige bzw. Pultdach-Verbrennungskammer, die eine einlassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche und eine auslassöffnungsseitige geneigte Fläche bzw. Oberfläche aufweist, und die Referenzfläche ist an einer Grenze zwischen der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche und der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche vorgesehen.
-
Wenn das Verdichtungsverhältniss des Motors eine hohes Verdichtungsverhältniss ist, kann wie oben beschrieben eine abnormale Verbrennung, wie Klopfen, Vorzündung oder Detonation unterdrückt bzw. abgestellt werden.
-
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug nimmt. Es ist ersichtlich, dass, obwohl Ausführungsformen separat beschrieben werden, einzelne Merkmale daraus zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
-
1 ist eine Ansicht, die einen Zylinderkopf von unten betrachtet gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II von 1.
-
3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III von 1.
-
4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV von 1.
-
5 ist eine Vorderansicht eines vertieften bzw. ausgesparten Teils einer Verbrennungskammer mit Bezug auf 1.
-
6 ist ein Flussdiagramm, dass einen Vorgang des Einstellens von Verbrennungskammerkapazitäten zeigt.
-
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht des ausgesparten Teils der Verbrennungskammer eines Zylinders.
-
8 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einem Abstand des ausgesparten Teils in einer Höhenrichtung und einer Schnitt- oder Frästoleranzen des ausgesparten Teils zeigt.
-
9a–9b sind Ansichten, die einen Einstellungsbearbeitungsvorgang durch einen Kugelend- bzw. -schaftfräser zeigen, wobei 9a eine Draufsicht und 9b eine vertikale Querschnittsansicht ist.
-
10 ist ein Diagramm, das eine Korrelation zwischen einem Abstand des ausgesparten Teils in einer Höhenrichtungsabstand und einer Schnitt- oder Frästoleranzen des ausgesparten Teils gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
-
Im Folgenden werden Ausführungsformen zum Ausführen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
-
Erste Ausführungsform
-
Im Folgenden wird eine erste spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf 1 bis 9 beschrieben.
-
Bei einem Reihenvierzylindermotor wird ein Zylinderkopfmaterial durch integrales oder einstückiges Gießen unter Verwendung eine metallischen Materials, wie einer Aluminiumlegierung gebildet, und ein Schneid- oder Fräsabschnitt des Zylinderkopfmaterials wird so geschnitten oder gefräst oder geplant, dass er einen Zylinderkopf 1 bildet. Der Motor, der mit dem Zylinderkopf 1 ausgestattet ist, ist insbesondere ein Motor mit hohem Verdichtungsverhältniss, wo ein Verdichtungsverhältniss auf 14:1 festgelegt ist, und eine Kraftstoffzufuhr und eine Zündeinstellung bzw. -zeitpunkt werden gemäß dem Verdichtungsverhältniss gesteuert bzw. geregelt.
-
Zunächst wird eine Struktur des Zylinderkopfs 1 nach dem Schneid- oder Fräsvorgang beschrieben.
-
Der Zylinderkopf 1 enthält vier vertiefte bzw. ausgesparte Teile 2, die jeweils teilweise eine Verbrennungskammer des Zylinders bilden, und eine zusammenpassende bzw. dazugehörende Fläche bzw. Oberfläche 3 zum Zusammenpassen mit einem Zylinderblock (nicht dargestellt). Der Zylinderkopf 1 ist an einem oberen Teil des Zylinderblocks anzubringen. Im Folgenden wird die Konfiguration eines der Zylinder beschrieben, da die vier Zylinder eine ähnliche oder im Wesentliche die gleiche Konfiguration aufweisen.
-
Der ausgesparte Teil 2 in Verbindung mit einer Umfangswandfläche bzw. -oberfläche einer Zylinderbohrung (nicht dargestellt), die in dem Zylinderblock gebildet ist, und einer oberen Fläche bzw. Oberfläche eines Kopfteils eines Kolbens (nicht dargestellt) bildet einen Teil der Verbrennungskammer, die insbesondere eine Dach- bzw. Pultdachform aufweist. Der ausgesparte Teil 2 ist mit einer einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche bzw. Oberfläche 2a und einer auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche bzw. Oberfläche 2b gebildet, die sich von der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a stumpfwinklig bzw. mit einem stumpfen Winkel dazwischen fortsetzt, und zwar an der Oberseite des ausgesparten Teils 2. Eine Grenze an der Oberseite des ausgesparten Teils 2 zwischen der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a und der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2b ist insbesondere im Wesentlichen in einer Linie entlang der Anordnungs- bzw. Arrayrichtung der Zylinder gebildet.
-
Wie es in 1, 2 und 5 gezeigt ist, ist ein Paar Schneidabschnitte 21, die im Wesentlichen einander zugewandt sind, in einem kreisförmigen Öffnungskanten- bzw. -randabschnitt C0 des ausgesparten Teils 2 über Bereiche zwischen einem Einlassöffnung 4 und einem Auslassöffnung 5 vorgesehen. Die Schneidabschnitte 21 sind in einer Draufsicht insbesondere im Wesentlichen mit einer Bogenform über die Bereiche zwischen einem Seitenabschnitt der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a und einem Seitenabschnitt der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2b gebildet und/oder sind im Wesentlichen in der Zylinderarrayrichtung bezüglich des ausgesparten Teils 2 angeordnet.
-
Zwei Einlassöffnungen 4 sind in der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a gebildet und ein ringförmiges Ventilblatt bzw. -folie (nicht dargestellt) ist insbesondere an jeden Umfangskanten- bzw. -randabschnitt der Öffnungen für die Einlassöffnungen 4 pressgepasst. Und gleichermaßen sind zwei Auslassöffnungen 5 in der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2b gebildet und ein ringförmiges Ventilblatt bzw. -folie (nicht dargestellt) ist insbesondere an jeden Umfangskanten- bzw. -randabschnitt der Öffnungen für die Auslassöffnungen 5 pressgepasst. Ansaugluftventil-Stütz- bzw. Trägersockel, die im Wesentlichen Bohrlöcher 6 umgeben, sind außerhalb der Verbrennungskammer gebildet und kommunizieren mit den Einlassöffnungen 4, und Ventilführungen, durch die jeweils Schaftabschnitte von Einlassventilen (nicht dargestellt) zumindest teilweise einzusetzen sind, sind innerhalb der die Bohrlöcher 6 umgebenden Einlassventilträgersockel vorgesehen. Auslassventil-Stütz- bzw. Trägersockel, die im Wesentlichen Bohrlöcher 7 umgeben, sind außerhalb der Verbrennungskammer gebildet und kommunizieren mit den Auslassöffnungen 5, und Ventilführungen, durch die jeweils Schaftabschnitte von Auslassventilen (nicht dargestellt) zumindest teilweise einzusetzen sind, sind innerhalb der die Bohrlöcher 7 umgebenden Auslassventilträgersockel vorgesehen.
-
Wie es in 2 und 4 gezeigt ist, sind ein Zündkerzenanbringungssockel- bzw. -wulstteil, der im Wesentlichen eine Einsetzöffnung 8 umgibt, und ein Zündkerzenanbringungsloch 9 zum zumindest teilweisen Aufnehmen einer Zündkerze (nicht dargestellt) in sich insbesondere im Wesentlichen entlang einer Mittelachse der Verbrennungskammer (Achse der Richtung reziproker Bewegung des Kolbens) gebildet. Die Zündkerze ist zumindest teilweise von oberhalb des Zylinderkopfs 1 in das Zündkerzenanbringungsloch 9 einzusetzen und durch Ineingriffbringen eines Außengewindes der Zündkerze und eines Innengewindes des Zündkerzenanbringungslochs 9 ist die Zündkerze an dem Zylinderkopf 1 zu fixieren bzw. zu befestigen, während ihr Spitzenendteil der Verbrennungskammer zugewandt ist. Das Zündkerzenanbringungsloch 9 wird insbesondere nicht beim Gießen des Zylinderkopfmaterials gebildet und wird durch eine separate Fertigungsarbeit gebildet, die nach dem Gießen durchgeführt wird.
-
An der Oberseite des ausgesparten Teils 2 des Zylinderkopfs 1 ist eine im Wesentlichen flache Referenzfläche bzw. -oberfläche 10 so gebildet, dass sie im Wesentlichen parallel zu der zusammenpassenden Fläche 3 zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock ist. Die Referenzfläche 10 ist an der Grenze zwischen der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a und der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2b vorgesehen, um benachbart zu dem bzw. angrenzend an das Zündkerzenanbringungsloch 9 zu sein. Bei dem ausgesparten Teil 2 der Verbrennungskammer ist die flache Referenzfläche 10 insbesondere in einer Position am weitesten von der zusammenpassenden Fläche 3 entfernt angeordnet. Die Referenzfläche 10 wird insbesondere durch eine Metallgießform beim Gießen gebildet, was bedeutet, dass sie vorher in dem Zylinderkopfmaterial gebildet wird, bevor sie bzw. es aus der Form gelöst wird.
-
Wie es in 1, 3 und 4 gezeigt ist, ist in einer Position zwischen und unterhalb der beiden Einlassöffnungen 4 ein Kraftstoffeinspritzventilanbringungssockel bzw. -wulst vorgesehen, der bzw. die ein Bohrloch 11 umgibt, und ein Kraftstoffeinspritzventilanbringungsloch 12 ist gebildet, das ein Kraftstoffeinspritzventil (nicht dargestellt) zumindest teilweise in sich aufnimmt. Das Kraftstoffeinspritzventil ist zumindest teilweise von der Seite des Zylinderkopfs 1 in das Kraftstoffeinspritzventilanbringungsloch 12 einzusetzen und wird an dem Kraftstoffeinspritzventilanbringungssockel bzw. -wulst 11 fixiert bzw. befestigt, indem es insbesondere im Wesentlichen schräg nach unten gedrückt oder verlagert wird. Das Kraftstoffeinspritzventilanbringungsloch 12 existiert insbesondere nicht in dem Zylinderkopfmaterial, wenn es aus der Form gelöst wird, sondern wird über bzw. durch einen mechanischen Fertigungsvorgang nach dem Gießen gebildet.
-
Im Inneren des Zylinderkopfs 1 ist eine Mehrzahl von Wassermänteln 13, 14 und 15, wo Kühlflüssigkeit fließt, in Positionen nahe Abschnitten gebildet, die eine Kühlung erfordern. Die Wassermäntel 13, 14 und 15 werden insbesondere durch einen Sandkern gebildet, der in der Metallgussform beim Gießen angeordnet wird, und/oder werden insbesondere in dem Zylinderkopfmaterial beim Lösen aus der Form gebildet.
-
Als nächstes werden Betriebsvorgänge bezüglich eines Verfahrens zum Einstellen von Kapazitäten der Verbrennungskammern des Zylinderkopfs 1 mit Bezug auf 6 beschrieben. Es ist zu beachten, dass ”Si” (i = 1, 2 ...) in 6 jeden Prozess in dem Verfahren des Einstellens der Verbrennungskammerkapazitäten angibt.
-
Zunächst wird in S1 das Gießen des Zylinderkopfmaterials, das die im Wesentlichen flachen Referenzflächen bzw. -oberflächen 10 an den Oberseiten der vertieften bzw. ausgesparten Teile 2 des Zylinderkopfs 1 aufweist, insbesondere in einer Niederdruckumgebung durchgeführt.
-
Beim Gießen wird ein Formhohlraum zum Bilden des Zylinderkopfmaterials gebildet, indem eine Mehrzahl von Sandkernen entsprechend der Formen des Einlassöffnungen 4 und des Auslassöffnungen 5 so angeordnet werden, dass sie zwischen einer oberen Form und einer unteren fixiert bzw. befestigt werden, und geschmolzenes Metall wird in den Formhohlraum gefüllt.
-
Formabschnitte zum Bilden der Paare von Schneidabschnitten 21 und der Referenzflächen 10 für die Zylinder in dem Zylinderkopfmaterial werden im Vorhinein in der unteren Form zum Bilden der Flächen der ausgesparten Teile 2 gebildet. Die Formabschnitte zum Bilden der Schneidabschnitte 21 werden so gebildet, dass sie eine vorbestimmte Schnitt- oder Frästoleranz bezüglich einer Sollverbrennungskammerkapazität (einer Verbrennungskammerkapazität eines fertigen geformten Teils) aufweisen.
-
Nach dem Formspannen bzw. -schließen der oberen Form und der unteren Form wird die geschmolzene Aluminiumlegierung (das geschmolzene Metall), das mit einem vergleichsweise niedrigen Druck beaufschlagt wird (insbesondere unter ca. 0,9 kg/cm2, z. B. ca. 0,5 kg/cm2), in den Hohlraum gefüllt.
-
Nach Verstreichen einer spezifizierten (vorherbestimmten oder vorherbestimmbaren) Zeit seit dem Einfüllen der geschmolzenen Aluminiumlegierung in den Hohlraum (nach Erstarren des geschmolzenen Materials) werden die obere Form und die untere Form geöffnet und das Zylinderkopfmaterial wird aus der Form gelöst und herausgenommen (S2).
-
Bei dem Zylinderkopfmaterial werden die Abschnitte wie die Einlassöffnungen 4, die Auslassöffnungen 5 und die Referenzflächen 10 insbesondere im Vorhinein durch die obere und untere Form und die Sandkerne gebildet.
-
Als nächstes wird in S3 das Zylinderkopfmaterial bearbeitet, um die zusammenpassende Fläche 3 zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock zu bilden. Die zusammenpassende Fläche 3 ist eine Referenzposition zur Messung (S4) und Einstellung (S5), wie es im Folgenden beschrieben wird.
-
In S4 werden jeweils Abstände h in einer Höhenrichtung von der zusammenpassenden Fläche 3 zu den Referenzflächen 10 des Zylinderkopfs 1 gemessen. Bei der Messung werden Unterschiede (Schrumpfungsunterschiede) zwischen der Sollverbrennungskammerkapazität V0 des fertigen geformten Artikels und den Verbrennungskammerkapazitäten V des Zylinderkopfmaterials basierend auf den Höhenrichtungsabständen h bestimmt, die den Tiefen der Verbrennungskammern entsprechen.
-
Wenn die Sollverbrennungskammerkapazität „V0” ist, ein Höhenrichtungsabstand in der Verbrennungskammerkapazität V0 „h0” ist, eine Bodenabmessung des ausgesparten Teils 2 in der Verbrennungskammerkapazität V0 „S0” ist und ein Faktor „K” ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt. V0 = K × S0 × h0
-
Wenn gleichermaßen die Verbrennungskammerkapazität des Zylinderkopfmaterials „V” ist, der Höhenrichtungsabstand in der Verbrennungskammerkapazität V „h” ist und eine Bodenabmessung des ausgesparten Teils 2 in der Verbrennungskammerkapazität V „S” ist, wird die folgende Gleichung aufgestellt. V = K × S × h
-
Dabei sind S0 und S im Wesentlichen die gleiche Abmessung, weshalb der Schrumpfungsunterschied (V–V0) insbesondere durch Verwendung einer Differenz zwischen dem Höhenrichtungsabstand (h–h0) als einem Parameter ausgedrückt werden kann. Es ist zu beachten, dass die Verbrennungskammerkapazitäten V0 und V die Kapazitäten der Verbrennungskammern sind, wenn der Kolben den oberen Totpunkt in der Kammer erreicht.
-
Wie es in 7 gezeigt ist, werden dadurch Höhenrichtungsabstände h1–h4 von der zusammenpassenden Fläche 3 zu den Referenzflächen 10 jeweils für den ersten bis vierten Zylinder #1–#4 durch ein vorbestimmtes Messmittel gemessen. Es ist zu beachten, dass die Sollverbrennungskammerkapazität V0 und der Höhenrichtungsabstand h0 in der Verbrennungskammerkapazität V0 im Vorhinein gemäß einer Designbedingung des Motors festgelegt werden.
-
In S5 werden die Schnitt- oder Frästoleranzen x der Schneidabschnitte 21 in den Flächen der ausgesparten Teile 2 basierend auf den gemessenen Höhenrichtungsabständen h1–h4 eingestellt. Die Schneidabschnitte 21 werden basierend auf den bei S4 gemessenen Höhenrichtungsabständen h1–h4 geschnitten.
-
Wie es in 8 gezeigt ist, gibt es eine Korrelation zwischen dem Höhenrichtungsabstand h (Verbrennungskammertiefe) und der Schnitt- oder Frästoleranz x (Schneidtiefe der Schneidabschnitte 21). Bei der Korrelation entspricht die Referenzposition (Ursprungsposition) der Schnitt- oder Frästoleranz x der Höhe der zusammenpassenden Fläche 3. Daher werden die Schnitt- oder Frästoleranzen x insbesondere kleiner festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand größer ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0 und/oder größer festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand kleiner ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0. In dem Korrelationsdiagramm von 8 stellt ein Inkrement auf der horizontalen Achse 0,05 mm und eines auf der vertikalen Achse 0,5 mm dar.
-
Die Schneidabschnitte 21 werden so gebildet, dass sie eine spezifizierte (vorherbestimmte oder vorherbestimmbare) Schnitt- oder Frästoleranz x0 bezüglich einer Sollverbrennungskammerkapazität V0 aufweisen, weshalb selbst, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand h den gleichen Wert wie der Höhenrichtungsabstand h0 in der Verbrennungskammerkapazität V0 aufweist, die Schneidarbeit durch einen Kugelend- bzw. -schaftfräser 16 durchgeführt wird (siehe 9).
-
In S5 werden die Schnitt- oder Frästoleranzen x1–x4 basierend auf den Höhenrichtungsabständen h1–h4 festgelegt und die Schneidarbeit wird so durchgeführt, dass die Schneidtiefen des ersten bis vierten Zylinders #1–#4 die entsprechenden Schnitt- oder Frästoleranzen x1–x4 erreichen. Beim Einstellen des ausgesparten Teils 2 des ersten Zylinders #1 wird der Kugelschaftfräser 16 (der insbesondere einen halbrunden Schneidkantenabschnitt mit einem Radius r aufweist) so bewegt, dass die Mitte des Halbkreises basierend auf dem Höhenrichtungsabstand h1 um die Schnitt- oder Frästoleranz x1 von der zusammenpassenden Fläche 3 in der Schneidtiefenrichtung (Richtung zu der Referenzfläche 10 hin) bewegt wird. Wie es in Teil (a) und (b) von 9 gezeigt ist, wird der Kugelschaftfräser 16 über die Bereiche der Schneidabschnitte 21 bewegt, indem ein Kreis C1 als ein Bewegungsweg, der von dem kreisrunden Öffnungskantenabschnitt C0 einwärts bzw. nach innen festgelegt ist, um einen vorbestimmten Betrag bewegt wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem kreisrunden Öffnungskantenabschnitt C0 und dem Kreis C1 so festgelegt, dass er gleich dem Schneidkantenabschnittsradius r des Kugelschaftfräsers 16 ist, und die Außenkantenpositionen zwischen dem Einlassöffnung 4 und dem Auslassöffnung 5 werden ungeachtet des Werts der Verbrennungskammerkapazität V fixiert. Im Folgenden werden die ausgesparten Teile 2 des zweiten bis vierten Zylinders #2–#4 gleichermaßen bzw. ähnlich eingestellt. Dann werden die Zündkerzenanbringungslöcher 9 und die Kraftstoffeinspritzventilanbringungslöcher 12 durch den mechanischen Fertigungsvorgang gebildet.
-
Als nächstes werden Funktionen und Wirkungen bzw. Effekte des Verfahrens zum Einstellen der Verbrennungskammerkapazitäten gemäß der ersten Ausführungsform detailliert beschrieben.
-
Das Verfahren zum Einstellen der Verbrennungskammerkapazitäten wird insbesondere für einen Mehrzylindermotor verwendet, bei dem die Mehrzahl von Zylindern in Reihe angeordnet ist, und der den Zylinderkopf 1 enthält, der die ausgesparten Teile 2, die teilweise die Verbrennungskammern der Zylinder bilden, und die zusammenpassende Fläche 3 zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock aufweist. Das Verfahren zum Einstellen der Verbrennungskammerkapazitäten enthält bzw. umfasst insbesondere das Gießen des Zylinderkopfmaterials, das die flachen Referenzflächen 10 oben an den ausgesparten Teilen 2 des Zylinderkopfs 1 aufweist (S1), das Schneiden oder Fräsen oder Schleifen des Zylinderkopfmaterials, um die zusammenpassende Fläche 3 zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock zu bilden (S3), das jeweilige Messen der Höhenrichtungsabstände h von der zusammenpassenden Fläche 3 des Zylinderkopfs 1 zu den Referenzflächen 10 (S4), und/oder das Einstellen der Schnitt- oder Frästoleranzen x der Schneidabschnitte 21 der Flächen der ausgesparten Teile 2 basierend auf den gemessenen Höhenrichtungsabständen h (S5).
-
Gemäß dem Verfahren zum Einstellen der Verbrennungskammerkapazitäten werden die Referenzflächen 10 insbesondere an den Oberseiten der ausgesparten Teile 2 des Zylinderkopfs 1 gebildet, wo sich die Schrumpfungsunterschiede in den Verbrennungskammerkapazitäten V am meisten widerspiegeln bzw. zeigen, und die Höhenrichtungsabstände h von der zusammenpassenden Fläche 3 zum Zusammenpassen mit dem Zylinderblock zu den Referenzflächen 10 werden jeweils gemessen. Daher können die Schrumpfungsunterschiede in den Verbrennungskammerkapazitäten V des Zylinderkopfmaterials bezüglich der Sollverbrennungskammerkapazität V0 unter Verwendung der Höhenrichtungsabstände h als Parameter bestimmt werden. Ferner werden die Schnitt- oder Frästoleranzen x der Schneidabschnitte 21 der Flächen der ausgesparten Teile basierend auf den Höhenrichtungsabständen h eingestellt. Daher kann die Verbrennungskammerkapazität V auf die Sollkapazität V0 eingestellt bzw. an diese angepasst werden, der Einfluss auf die Verbrennung, der durch die Schrumpfungsunterschiede in den Verbrennungskammerkapazitäten V bewirkt wird, kann unterdrückt bzw. abgestellt werden und eine abnormale Verbrennung unterdrückt bzw. abgestellt werden kann, selbst wenn ein hohes Verdichtungsverhältniss des Motors festgelegt ist.
-
Die Verbrennungskammer ist eine dachförmige bzw. Pultdach-Verbrennungskammer, welche die einlassöffnungsseitige geneigte Fläche 2a und die auslassöffnungsseitige geneigte Fläche 2b aufweist. Die Referenzfläche 10 ist an der Grenze zwischen der einlassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2a und der auslassöffnungsseitigen geneigten Fläche 2b vorgesehen. Ferner wird beim Einstellen S5 der Öffnungskantenabschnitt C0 des ausgesparten Teils 2 über den Bereich von dem Einlassöffnung 4 zu dem Auslassöffnung 5 als die Bearbeitungsabschnitte 21 basierend auf dem gemessenen Höhenrichtungsabstand h geschnitten. Dadurch kann die flache Referenzfläche 10, die bei der Messung praktisch ist, leicht gebildet werden und sowohl die Verringerung des Einflusses auf die Verbrennung als auch das einfache Einstellen der Kapazitäten können realisiert werden, während die Form der dachförmigen Verbrennungskammer beibehalten wird.
-
Beim Gießen S1 werden die Schneidabschnitte 21 der ausgesparten Teile 2 so gebildet, dass sie die Schnitt- oder Frästoleranzen x0 bezüglich der Sollverbrennungskammerkapazität V0 aufweisen. Daher ist es ausgelegt, die Einstellung des Erhöhens der Größe zusätzlich zum Verringern der Größe der Verbrennungskammerkapazitäten zu erlauben, und dadurch kann das Einstellen über einen breiten Bereich durchgeführt werden.
-
Beim Einstellen S5 werden die Bearbeitungsspannen x kleiner festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand h größer ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0, und größer festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand h kleiner ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0. Daher können die Einstellungen leicht durch Vergleichen des gemessenen Höhenrichtungsabstands h und des Referenzhöhenrichtungsabstands h0 durchgeführt werden.
-
Selbst wenn das Verdichtungsverhältniss des Mehrzylindermotors auf 14:1 festgelegt ist, kann wie oben beschrieben die abnormale Verbrennung, wie Klopfen, Vorzündung oder Detonation des Motors unterdrückt bzw. abgestellt werden.
-
Als nächstes werden modifizierte Ausführungsformen beschrieben, bei denen die oben beschriebene Ausführungsform teilweise verändert ist. Bei der obigen Ausführungsform wird das Beispiel der Einstellung beschrieben, bei der die Außenkantenpositionen der ausgesparten Teile 2 zwischen dem Einlassöffnung und dem Auslassöffnung fixiert werden. Wenn die Abmessung zwischen den Zylindern ordnungsgemäß in der zusammenpassenden Fläche erhalten werden kann, kann jedoch das Schneiden oder Fräsen so durchgeführt werden, dass die Außenkantenpositionen zwischen dem Einlassöffnung und dem Auslassöffnung näher zu der Mitte der Verbrennungskammer hin sind.
-
Wie es in 10 gezeigt ist, entspricht bei der modifizierten Ausführungsform die Zwischenposition (Ursprungsposition) der Schnitt- oder Frästoleranzen x der Höhenposition von der zusammenpassenden Fläche und die Schnitt- oder Frästoleranz x ist kleiner festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand h größer ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0, und ist größer festgelegt, wenn der gemessene Höhenrichtungsabstand h kleiner ist als der Referenzhöhenrichtungsabstand h0. Die Einstellung ist wirksam beim Einstellen der Verbrennungskammerkapazitäten des Zylinderkopfs, wo der Bohrungsdurchmesser klein ist und der Raum zwischen dem Einlassöffnung und dem Auslassöffnung schwer sicherzustellen bzw. zu gewährleisten ist.
-
Bei der obigen Ausführungsform wird das Beispiel beschrieben, wo das Zündkerzenloch und das Kraftstoffeinspritzventilanbringungsloch nach dem Einstellen gebildet werden. Die Abschnitte, die einen mechanischen Fertigungsvorgang erfordern, wie das Zündkerzenloch und das Kraftstoffeinspritzventilanbringungsloch, können beim Einstellen ähnlich wie der Schneidabschnitt gefertigt werden.
-
Bei der obigen Ausführungsform wird das Beispiel des Motors beschrieben, wo das Verdichtungsverhältniss 14:1 beträgt. Der Motor muss jedoch zumindest ein hohes Verdichtungsverhältniss haben, und so lange das Verdichtungsverhältniss 12:1 oder höher liegt, können ähnliche Wirkungen wie bei der obigen Ausführungsform erzielt werden.
-
Ferner kann die vorliegende Erfindung in anderen verschiedenen, modifizierten Ausführungsformen implementiert werden, die von einem Fachmann ausgeführt werden können, indem verschiedene Änderungen an der obigen Ausführungsform innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden, der nicht von dem Wesen und dem Schutzumfang der Erfindung abweicht.
-
Durch Verwendung der Schnitt- oder Frästoleranzen der Verbrennungskammerflächen zum Einstellen der Kapazitäten der Verbrennungskammern des durch Gießen geformten Zylinderkopfs kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Einfluss auf die Verbrennung, der durch einen Schrumpfungsunterschied der Verbrennungskammer des Zylinders bewirkt wird, unterdrückt bzw. abgestellt werden und eine abnormale Verbrennung kann unterdrückt bzw. abgestellt werden, selbst wenn ein hohes Verdichtungsverhältniss festgelegt ist.
-
Es versteht sich, dass die Ausführungsformen hierin erklärend und nicht einschränkend sind, da der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung festgelegt wird, und alle Änderungen, die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen, oder Äquivalente dieses Schutzbereichs der Ansprüche sollen durch deren Schutzumfang eingeschlossen sein.
