DE102016015289A1 - Method for producing a cylinder head and cylinder head - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (10). Dabei erfolgt zunächst ein Gießen eines Zylinderkopfgrundkörpers (12), bei welchem an verschiedenen Ventilsitzbereichen (20, 50) des Zylinderkopfgrundkörpers (12), jeweilige, zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung (22, 52) um die Ventilsitzbereiche (20, 50) umlaufende Kühlkanäle (24, 54) hergestellt und dabei mittels jeweils wenigstens eines, sich von einer radial äußeren Wandung (26, 56) des jeweiligen Kühlkanals (24, 54) weg und bis zu einer jeweiligen Ventilsitzöffnung (28, 58) hin erstreckenden Stegelements (32, 34, 62, 64) verschlossen werden. Anschließend erfolgt ein Herstellen des Zylinderkopfes (10) aus dem Zylinderkopfgrundkörper (12), indem die jeweiligen Kühlkanäle (24, 54) geöffnet werden und ein Entfernen zumindest eines Stegbereichs (36, 38, 66, 68) des jeweiligen, wenigstens einen Stegelements (32, 34, 62, 64) und dadurch ein Herstellen jeweiliger, die jeweiligen Kühlkanale (24, 54) für eine Durchströmung mit Kühlmittel freigebende, jeweilige Durchströmöffnung (40, 42, 70, 72) erfolgt.The invention relates to a method for producing a cylinder head (10). In this case, a casting of a cylinder head base body (12) takes place, in which cooling passages (24, 24) circulating around the valve seat regions (20, 50) at least partially in the circumferential direction (22, 52) at different valve seat regions (20, 50) of the cylinder head base body (12) , 54) and thereby in each case by means of at least one, from a radially outer wall (26, 56) of the respective cooling channel (24, 54) away and up to a respective valve seat opening (28, 58) out towards extending bar member (32, 34, 62, 64) are closed. Subsequently, the cylinder head (10) is produced from the cylinder head main body (12) by opening the respective cooling channels (24, 54) and removing at least one web portion (36, 38, 66, 68) of the respective, at least one web element (32 , 34, 62, 64) and thereby producing respective respective flow-through openings (40, 42, 70, 72) which release the respective cooling channels (24, 54) for throughflow with coolant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to a method for producing a cylinder head for an internal combustion engine. Another aspect of the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine.

Bei der Herstellung von Verbrennungskraftmaschinen werden jeweilige Zylinderköpfe der Verbrennungskraftmaschinen häufig durch ein Gießverfahren hergestellt. Derartige Gießverfahren ermöglichen eine besonders hohe Herstellungsrate bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten.In the manufacture of internal combustion engines, respective cylinder heads of the internal combustion engines are often produced by a casting process. Such casting methods enable a particularly high production rate with simultaneously low production costs.

Aus der DE 1 576 727 A1 ist ein gegossener Zylinderkopf für flüssigkeitsgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen mit eingepressten Ventilsitzringen bekannt. Die Ventilsitzringe begrenzen dabei jeweilige Kühlkanäle der Brennkraftmaschine, wodurch die Ventilsitzringe außen unmittelbaren Kontakt mit einer, die Kühlkanäle durchströmenden Kühlflüssigkeit haben.From the DE 1 576 727 A1 is a cast cylinder head for liquid-cooled, valve-controlled internal combustion engines with pressed valve seat rings known. The valve seat rings limit respective cooling channels of the internal combustion engine, whereby the valve seat rings outside have direct contact with a cooling liquid flowing through the cooling channels.

Die DE 32 05 676 A1 offenbart einen gekühlten Ventilsitz für Einlassventile und Auslassventile von Brennkraftmaschinen. Ein hierbei vorgesehener Ventilsitzring weist von Kühlmittel durchströmbare Hohlräume auf, wobei der Ventilsitz von einem, in eine Ausnehmung an der Mündung des Einlasskanals bzw. Auslasskanals im Zylinderkopf einsetzbaren Ventilsitzring gebildet ist. Der Ventilsitz umschließt zusammen mit der Ausnehmung einen ringförmigen Strömungskanal.The DE 32 05 676 A1 discloses a cooled valve seat for intake valves and exhaust valves of internal combustion engines. A valve seat ring provided here has cavities through which coolant can flow, wherein the valve seat is formed by a valve seat ring which can be inserted into a recess at the mouth of the inlet channel or outlet channel in the cylinder head. The valve seat encloses an annular flow channel together with the recess.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine bedarfsgerechte und einfach vorgebbare Durchströmung von Kühlkanälen mit Kühlmittel ermöglichen.Object of the present invention is to provide a method and a cylinder head of the type mentioned, which allow a needs-based and easily predetermined flow of cooling channels with coolant.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a cylinder head having the features of patent claim 4. Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst zumindest die folgenden Schritte:

  • - Gießen eines Zylinderkopfgrundkörpers, bei welchem an verschiedenen Ventilsitzbereichen des Zylinderkopfgrundkörpers, jeweilige, zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung um die Ventilsitzbereiche umlaufende Kühlkanäle, zum Führen von Kühlmittel, hergestellt und dabei mittels jeweils wenigstens eines, sich von einer radial äußeren Wandung des jeweiligen Kühlkanals weg und bis zu einer jeweiligen Ventilsitzöffnung, zur Aufnahme eines jeweiligen Ventilsitzringes, hin erstreckenden Stegelements verschlossen werden;
  • - Herstellen des Zylinderkopfes aus dem Zylinderkopfgrundkörper durch Öffnen der jeweiligen Kühlkanäle, indem ein Entfernen zumindest eines Stegbereichs des jeweiligen, wenigstens einen Stegelements und dadurch ein Herstellen jeweiliger, die jeweiligen Kühlkanäle für eine Durchströmung mit Kühlmittel freigebende, jeweilige Durchströmöffnung erfolgt.
An inventive method for producing a cylinder head for an internal combustion engine comprises at least the following steps:
  • Casting a cylinder head main body, in which at different valve seat areas of the cylinder head body, respective, at least partially circumferentially around the valve seat areas encircling cooling channels, for guiding coolant, and thereby by means of at least one, away from a radially outer wall of the respective cooling channel and until be closed to a respective valve seat opening, for receiving a respective valve seat ring, extending stub element;
  • - Manufacture of the cylinder head from the cylinder head body by opening the respective cooling channels, by removing at least one web portion of the respective, at least one web element and thereby producing respective, the respective cooling channels for a flow of coolant releasing, respective flow opening takes place.

Die jeweiligen Stegelemente, welche die jeweiligen Kühlkanäle zunächst verschließen, können beim Entfernen der jeweiligen Stegbereiche mit der definiert und besonders exakt herstellbaren Durchströmöffnung versehen werden. Die jeweiligen Durchströmöffnungen können beispielsweise durch spanende und damit materialabtragende Bearbeitung hergestellt werden, bei welcher die Stegbereiche beispielsweise in der Umfangsrichtung von den jeweiligen Stegelementen abgetragen werden können.The respective web elements, which initially close the respective cooling channels, can be provided with the defined and particularly precisely producible throughflow opening when the respective web regions are removed. The respective flow-through openings can be produced, for example, by machining and thus material-removing machining, in which the web areas can be removed from the respective web elements, for example in the circumferential direction.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass das Herstellen des Zylinderkopfgrundkörpers durch Gießen zwar besonders kostengünstig und schnell erfolgen kann, jedoch bei Gießverfahren allgemein erhöhte Fertigungstoleranzen, beispielsweise durch Auftreten von Materialschwindungen, auftreten können. Infolgedessen können die Kühlkanäle nach dem Gießen des Zylinderkopfgrundkörpers jeweils voneinander abweichende Kühlkanaldurchmesser aufweisen. Durch das Öffnen der jeweiligen Kühlkanäle (durch Entfernen der jeweiligen Stegbereiche unter gleichzeitiger Herstellung der jeweiligen Durchströmöffnungen), können die Durchströmöffnungen mit einem besonders exakten Öffnungsquerschnitt hergestellt werden, wodurch sozusagen eine definierte Drosselstelle in dem Kühlkanal vorgesehen werden kann. Durch das Herstellen der Durchströmöffnungen ist somit eine bedarfsgerechte und einfach vorgebbare Durchströmung der Kühlkanäle mit Kühlmittel ermöglicht.The invention is based on the finding that the production of the cylinder head body can be done particularly cost-effectively and quickly by casting, but in casting generally increased manufacturing tolerances, for example, by the occurrence of material shrinkage, can occur. As a result, the cooling channels after casting of the cylinder head body may each have different cooling channel diameter. By opening the respective cooling channels (by removing the respective web regions with simultaneous production of the respective flow-through openings), the through-flow openings can be produced with a particularly exact opening cross section, so that a defined throttle point can be provided in the cooling channel, so to speak. By making the flow openings thus needs-based and easily predetermined flow through the cooling channels with coolant is possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden beim Gießen des Zylinderkopfgrundkörpers an den jeweiligen Ventilsitzbereichen jeweils wenigstens zwei, den jeweiligen Kühlkanal verschließende und zueinander in Umfangsrichtung versetzte Stegelemente hergestellt. Dies ist von Vorteil, da durch das Herstellen der in Umfangsrichtung zueinander versetzten Stegelemente jeweilige Ausrichtmöglichkeiten bzw. Anlagemöglichkeiten geschaffen werden, welche das Einsetzen der Ventilsitzringe erleichtern können. Dadurch kann ein Einbau der Ventilsitzringe in die jeweiligen Ventilsitzöffnungen also vereinfacht werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass an den wenigstens zwei Stegelementen auch jeweilige, voneinander verschiedene Stegbereiche abgetragen werden können, wodurch an den beiden Stegelementen jeweils Durchströmöffnungen mit zueinander verschiedenem Öffnungsquerschnitt hergestellt werden können. Dadurch können auf besonders einfache Art und Weise verschiedene Drosselstellen (in Form der jeweiligen Durchströmöffnungen) geschaffen werden, und somit auch an den jeweiligen, wenigstens zwei Stegelementen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des die jeweiligen Kühlkanäle durchströmenden Kühlmittels eingestellt werden. Dies ermöglicht die Herstellung von Kühlkanälen mit lokal variierenden und damit bedarfsgerecht vorgegebenen Wärmeübergangsverhältnissen.In an advantageous development of the invention, during the casting of the cylinder head main body at the respective valve seat areas in each case at least two web elements closing the respective cooling channel and mutually offset in the circumferential direction are produced. This is advantageous because by the production of the web elements offset in the circumferential direction, respective alignment possibilities or investment possibilities are created which can facilitate the insertion of the valve seat rings. As a result, installation of the valve seat rings in the respective valve seat openings can thus be simplified. Another advantage is that on the at least two web elements also Respective, mutually different web portions can be removed, whereby each of the two web elements each flow openings can be made with mutually different opening cross-section. As a result, different throttle points (in the form of the respective flow-through openings) can be created in a particularly simple manner, and thus different flow velocities of the coolant flowing through the respective cooling channels can also be set at the respective, at least two web elements. This allows the production of cooling channels with locally varying and thus demand-specified heat transfer conditions.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, welcher durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch als vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes anzusehen und umgekehrt.Another aspect of the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine, which is obtainable by a method according to the invention. Advantageous embodiments and preferred embodiments of the method according to the invention are also to be regarded as advantageous embodiments and preferred embodiments of the cylinder head according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines Zylinderkopfgrundkörpers; und
  • 2 eine Schnittdarstellung eines Teilbereichs eines Zylinderkopfes.
Showing:
  • 1 a sectional view of a portion of a cylinder head body; and
  • 2 a sectional view of a portion of a cylinder head.

1 zeigt einen Zylinderkopfgrundkörper 12 eines in 2 ausschnittsweise dargestellten Zylinderkopfes 10. Der Zylinderkopf 10 wird hergestellt, indem der Zylinderkopfgrundkörper 12 zunächst im Rahmen eines Gießverfahrens gegossen wird. Bei dem Gießverfahren werden an verschiedenen Ventilsitzbereichen 20, 50 des Zylinderkopfgrundkörpers 12, jeweilige, zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung 22, 52 um die Ventilsitzbereiche 20, 50 umlaufende Kühlkanäle 24, 54 zum Führen von Kühlmittel hergestellt. Der Ventilsitzbereich 20 kann beispielsweise für ein Einlassventil der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein und der Ventilsitzbereich 50 beispielsweise für ein Auslassventil der Verbrennungskraftmaschine. Es ist jedoch klar, dass beide Ventilsitzbereiche 20, 50 beispielsweise für jeweils ein Auslassventil vorgesehen sein können. 1 shows a cylinder head body 12 one in 2 partially shown cylinder head 10 , The cylinder head 10 is made by the cylinder head body 12 is first cast as part of a casting process. In the casting process are at different valve seat areas 20 . 50 of the cylinder head body 12 , respective, at least partially in the circumferential direction 22 , 52 around the valve seating areas 20 . 50 circulating cooling channels 24 . 54 made to carry coolant. The valve seat area 20 For example, it may be provided for an intake valve of the internal combustion engine and the valve seat region 50 for example, for an exhaust valve of the internal combustion engine. However, it is clear that both valve seat areas 20 . 50 For example, for each one exhaust valve can be provided.

Beim Herstellen des Zylinderkopfgrundkörpers 12 durch das Gießen werden an den jeweiligen Ventilsitzbereichen 20, 50 jeweils wenigstens zwei, den jeweiligen Kühlkanal 24, 54 verschließende, und zueinander in der jeweiligen Umfangsrichtung 22, 52 versetzte Stegelemente 32, 34, 62, 64 hergestellt. Die jeweiligen Stegelemente erstrecken sich von einer radial äußeren Wandung 26, 56 des jeweiligen Kühlkanals 24, 54 weg und bis zu einer jeweiligen Ventilsitzöffnung 28, 58 zur Aufnahme eines jeweiligen Ventilsitzringes 30, 60.When manufacturing the cylinder head body 12 by the casting are at the respective valve seat areas 20 . 50 in each case at least two, the respective cooling channel 24, 54 occlusive, and to each other in the respective circumferential direction 22 . 52 staggered web elements 32 . 34 . 62 . 64 produced. The respective web elements extend from a radially outer wall 26 . 56 of the respective cooling channel 24 , 54 away and up to a respective valve seat opening 28 . 58 for receiving a respective valve seat ring 30 . 60 ,

Um aus dem Zylinderkopfgrundkörper 12 den Zylinderkopf 10 herzustellen, werden die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 geöffnet, indem ein jeweiliges Entfernen zumindest eines Stegbereichs 36, 38, 66, 68 des jeweiligen, wenigstens einen Stegelements 32, 34, 62, 64 und dadurch ein Herstellen jeweiliger, die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 für eine Durchströmung mit Kühlmittel freigebende, jeweilige Durchströmöffnung 40, 42, 70, 72 erfolgt.To get out of the cylinder head body 12 the cylinder head 10 manufacture, the respective cooling channels 24 . 54 opened by a respective removal of at least one land area 36 . 38 . 66 . 68 of the respective, at least one stake element 32 . 34 . 62 , 64 and thereby producing respective ones, the respective cooling channels 24 . 54 for a flow with coolant releasing, respective flow opening 40 . 42 . 70 . 72 he follows.

Um innerhalb der jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 lokal unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels und damit lokal unterschiedliche Wärmeübergänge zu ermöglichen, können wenigstens zwei der jeweiligen Durchströmöffnungen 40, 42, 70, 72 mit voneinander verschiedenen Öffnungsquerschnitten hergestellt werden.To within the respective cooling channels 24 . 54 locally different flow velocities of the coolant and thus to allow locally different heat transfer, at least two of the respective flow openings 40 . 42 . 70 . 72 be made with different opening cross-sections.

2 zeigt ausschnittsweise die jeweiligen Ventilsitzringe 30, 60, welche in die jeweiligen Ventilsitzöffnungen 28, 58 eingesetzt sind. Die jeweiligen Ventilsitzringe 30, 60 begrenzen dabei die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 zumindest bereichsweise, sodass das die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 durchströmende Kühlmittel in unmittelbaren Kontakt mit den jeweiligen Ventilsitzringen 30, 60 treten kann, wodurch eine besonders wirksame Kühlung der Ventilsitzringe 30, 60 ermöglicht ist. 2 shows a detail of the respective valve seat rings 30 . 60 , which in the respective valve seat openings 28 . 58 are used. The respective valve seat rings 30 . 60 limit the respective cooling channels 24 . 54 at least in certain areas, so that the respective cooling channels 24 . 54 flowing coolant in direct contact with the respective valve seat rings 30 . 60 can occur, whereby a particularly effective cooling of the valve seat rings 30 . 60 is possible.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine besonders gleichmäßige und bedarfsgerechte Kühlung der jeweiligen Ventilsitzringe 30, 60, welche in den jeweiligen Ventilsitzöffnungen 28, 58 aufgenommen sind. Durch das Herstellen der Durchströmöffnungen 40, 42, 70, 72 können jeweilige Öffnungsquerschnitte, bzw. Durströmungsquerschnitte der jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 besonders exakt vorgegeben und damit jeweils definierte Drosselstellen geschaffen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die jeweiligen Ventilsitzringe 30, 60 an den jeweiligen Ventilsitzbereichen 20, 50 beispielsweise jeweils gleichmäßig und mit bestmöglicher Kühlung sowie mit hoher Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels direkt umspült werden. Dadurch kann in vorteilhafter Weise dazu beigetragen werden, dass bei Verbrennungsmotoren mit derart hergestellten Zylinderköpfen 10 insgesamt möglichst niedrige Bauteiltemperaturen, insbesondere im Bereich der Ventilsitzringe 30, 60 erreicht werden. Dies trägt dazu bei, dass bei Verbrennungsmotoren allgemein niedrigere Brennraumtemperaturen und damit verringerte Stickoxidemissionen, verringerte Klopfneigung und verringerter Verschleiß auftreten. Durch die Verringerung der Bauteiltemperatur kann auf günstigere Werkstoffe zurückgegriffen werden.The present invention enables a particularly uniform and needs-based cooling of the respective valve seat rings 30 . 60 which are received in the respective valve seat openings 28, 58. By making the flow openings 40 . 42 . 70 . 72 can respective opening cross-sections, or Durströmungsquerschnitte the respective cooling channels 24 . 54 Specifically specified and thus each defined throttle points are created. This can be achieved that the respective valve seat rings 30 . 60 at the respective valve seat areas 20 . 50 For example, each be uniformly and with the best possible cooling and high flow velocity of the coolant to be washed directly. This can be advantageously contributed to that at Internal combustion engines with cylinder heads produced in this way 10 Overall, the lowest possible component temperatures, especially in the valve seat rings 30 . 60 be achieved. This contributes to generally lower combustion chamber temperatures and thus reduced nitrogen oxide emissions, reduced tendency to knock and reduced wear in internal combustion engines. By reducing the component temperature can be used on cheaper materials.

Des Weiteren ermöglicht die vorliegende Erfindung eine kostengünstige, effiziente, gleichmäßige und über alle Zylinder sowie über alle Ventilsitzbereiche 20, 50 gleichmäßig verteilte, präzise und großserientaugliche Kühlung.Furthermore, the present invention enables a cost effective, efficient, uniform and over all cylinders as well as all valve seat areas 20 . 50 Evenly distributed, precise and suitable for mass production cooling.

Der Zylinderkopf 10 wird größtenteils durch Gießen des Zylinderkopfgrundkörpers 12 hergestellt, d.h. der Zylinderkopfgrundkörper 12 kann vorgegossen und damit kostengünstig hergestellt werden. Das Entfernen der jeweiligen Stegbereiche 36, 38, 66, 68 und das damit einhergehende Herstellen der jeweiligen Durchströmöffnungen 40, 42, 70, 72 erfordert lediglich eine geringfügige mechanische Bearbeitung. Dadurch ist insgesamt eine Herstellung des Zylinderkopfes 10 unter niedrigen Kosten und unter geringer Spanbildung bei gleichzeitig präziser Verteilung der Durchflussmenge des Kühlmittels auf die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 und damit auf alle Zylinder ermöglicht.The cylinder head 10 is largely by casting the cylinder head body 12 manufactured, ie the cylinder head body 12 can be pre-cast and thus manufactured inexpensively. The removal of the respective web areas 36 . 38 . 66 , 68 and the concomitant production of the respective flow openings 40 . 42 , 70, 72 requires only a minor mechanical processing. As a result, a total of one production of the cylinder head 10 at low cost and with low chip formation, while at the same time precisely distributing the flow rate of the coolant to the respective cooling channels 24 . 54 and thus on all cylinders possible.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht zudem unter besonders geringem Aufwand eine Verringerung der thermischen Belastung beispielsweise von Auslassventilen, Auslassventilsitzringen und Zylinderkopfwerkstoffen im Bereich jeweiliger Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung eine Verringerung der Brennraumtemperaturen und - damit verbunden - eine Verringerung der Klopfneigung, wodurch ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine mit allgemein erhöhter Leistung und niedrigerem Verbrauch ermöglicht ist.The present invention also makes it possible to reduce the thermal load, for example, of exhaust valves, exhaust valve seat rings and cylinder head materials in the region of respective combustion chambers of the internal combustion engine with particularly little effort. Furthermore, the invention enables a reduction in the combustion chamber temperatures and, associated therewith, a reduction in the tendency to knock, thereby enabling operation of the internal combustion engine with generally increased performance and lower consumption.

Im Rahmen der Erfindung können die jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 sowie die jeweiligen Stegelemente 32, 34, 62, 64 zunächst vorgegossen werden, wobei die jeweiligen Stegelemente 32, 34, 62, 64 jeweils Stege mit minimaler Gusswandstärke darstellen können. Diese Stege können beispielsweise mit einem Fräser auf einen gewünschten Durchflussquerschnitt durch Entfernen der jeweiligen Stegbereiche 36, 38, 66, 68 bearbeitet werden und dabei die jeweiligen Durchströmöffnungen 40, 42, 70, 72 vorgesehen werden. Da die Stegelemente 32, 34, 62, 64 sich lediglich über einen kleinen Teilbereich in der jeweiligen Umfangsrichtung 22, 52 entlang der jeweiligen Kühlkanäle 24, 54 erstrecken können, ist eine insgesamt kurze Bearbeitungszeit (beispielsweise eine kurz Fräszeit) bei gleichzeitig geringer Spanbildung und der Möglichkeit der Herstellung eines definierten Durchflussquerschnitts gegeben.In the context of the invention, the respective cooling channels 24 . 54 as well as the respective web elements 32 . 34 . 62 . 64 are first precast, with the respective web elements 32 . 34 . 62 . 64 each web can represent with minimal cast wall thickness. These webs can, for example, with a cutter to a desired flow cross-section by removing the respective web portions 36 . 38 . 66 . 68 be edited while the respective flow openings 40 . 42 . 70 . 72 be provided. As the bridge elements 32 . 34 . 62 . 64 only over a small portion in the respective circumferential direction 22 . 52 can extend along the respective cooling channels 24, 54, an overall short processing time (for example, a short milling time) is given at the same time low chip formation and the possibility of producing a defined flow cross-section.

Insgesamt können für verschiedene Zylinder oder Auslassventilsitzringe verschiedene Durchflussquerschnitte eingestellt werden, sodass eine besonders bedarfsgerechte Kühlung erreicht werden kann. Das vorgestellte Verfahren kann für sämtliche Ventilsitzbereiche des Zylinderkopfgrundkörpers 12 angewendet werden, wenngleich vorliegend und beispielhaft lediglich die Bearbeitung anhand der zwei Ventilsitzbereiche 20, 50 erläutert wurde. Durch das vorgestellte Verfahren kann beispielsweise an einem in Strömungsrichtung des Kühlmittels hintersten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine ein Druck bzw. eine Durchflussgeschwindigkeit des Kühlmittels etwas geringer als am in Strömungsrichtung ersten Zylinder bzw. ersten Ventil eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise am letzten Zylinder der Strömungsquerschnitt, also zumindest einige der jeweiligen Durchströmöffnungen 40, 42, 70, 72 größer gewählt werden, als am ersten Zylinder.Overall, different flow cross sections can be set for different cylinders or exhaust valve seat rings, so that a particularly needs-based cooling can be achieved. The presented method can be used for all valve seat areas of the cylinder head main body 12 are applied, although in the present case and only the processing based on the two valve seat portions 20, 50 has been explained. By means of the presented method, for example, a pressure or a flow velocity of the coolant can be set slightly lower than at the first cylinder or first valve in the direction of flow at a cylinder of the internal combustion engine which is the rearmost in the flow direction of the coolant. For this purpose, for example, on the last cylinder, the flow cross-section, that is, at least some of the respective flow openings 40 . 42 . 70 . 72 greater than on the first cylinder.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Zylinderkopfcylinder head
1212
ZylinderkopfgrundkörperCylinder head body
2020
VentilsitzbereichValve seat area
2222
Umfangsrichtungcircumferentially
2424
Kühlkanalcooling channel
2626
Wandlungtransformation
2828
VentilsitzöffnungValve seat opening
3030
VentilsitzringValve seat ring
3232
Stegelementweb element
3434
Stegelementweb element
3636
Stegbereichweb region
3838
Stegbereichweb region
4040
Durchströmöffnungflow-through
4242
Durchströmöffnungflow-through
5050
VentilsitzbereichValve seat area
5252
Umfangsrichtungcircumferentially
5454
Kühlkanalcooling channel
5656
Wandungwall
5858
VentilsitzöffnungValve seat opening
6060
VentilsitzringValve seat ring
6262
Stegelementweb element
6464
Stegelementweb element
6666
Stegbereichweb region
68 68
Stegbereichweb region
7070
Durchströmöffnungflow-through
7272
Durchströmöffnungflow-through

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  • DE 1576727 A1 [0003]DE 1576727 A1 [0003]
  • DE 3205676 A1 [0004]DE 3205676 A1 [0004]

Claims (4)

Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend zumindest die folgenden Schritte: - Gießen eines Zylinderkopfgrundkörpers (12), bei welchem an verschiedenen Ventilsitzbereichen (20, 50) des Zylinderkopfgrundkörpers (12), jeweilige, zumindest bereichsweise in Umfangsrichtung (22, 52) um die Ventilsitzbereiche (20, 50) umlaufende Kühlkanäle (24, 54), zum Führen von Kühlmittel, hergestellt und dabei mittels jeweils wenigstens eines, sich von einer radial äußeren Wandung (26, 56) des jeweiligen Kühlkanals (24, 54) weg und bis zu einer jeweiligen Ventilsitzöffnung (28, 58), zur Aufnahme eines jeweiligen Ventilsitzringes (30, 60), hin erstreckenden Stegelements (32, 34, 62, 64) verschlossen werden; - Herstellen des Zylinderkopfes (10) aus dem Zylinderkopfgrundkörper (12) durch Öffnen der jeweiligen Kühlkanäle (24, 54), indem ein Entfernen zumindest eines Stegbereichs (36, 38, 66, 68) des jeweiligen, wenigstens einen Stegelements (32, 34, 62, 64) und dadurch ein Herstellen jeweiliger, die jeweiligen Kühlkanale (24, 54) für eine Durchströmung mit Kühlmittel freigebende, jeweilige Durchströmöffnung (40, 42, 70, 72) erfolgt.Method for producing a cylinder head (10) for an internal combustion engine, comprising at least the following steps: Casting of a cylinder head base body (12), in which cooling ducts (24, 54) circulating around the valve seat areas (20, 50) at least partially in the circumferential direction (22, 52) at different valve seat regions (20, 50) of the cylinder head base body (12) for guiding coolant, manufactured and thereby by means of at least one each, from a radially outer wall (26, 56) of the respective cooling channel (24, 54) away and to a respective valve seat opening (28, 58), for receiving a respective Valve seat ring (30, 60), towards the extending web element (32, 34, 62, 64) are closed; - producing the cylinder head (10) from the cylinder head body (12) by opening the respective cooling channels (24, 54) by removing at least one web portion (36, 38, 66, 68) of the respective, at least one web element (32, 34, 62, 64) and thereby producing respective respective flow-through openings (40, 42, 70, 72) which release the respective cooling channels (24, 54) for throughflow with coolant. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen des Zylinderkopfgrundkörpers (12) an den jeweiligen Ventilsitzbereichen (20, 50) jeweils wenigstens zwei, den jeweiligen Kühlkanal (24, 54) verschließende, und zueinander in Umfangsrichtung (22, 52) versetzte Stegelemente (32, 34, 62, 64) hergestellt werden.Method according to Claim 1 , characterized in that during the casting of the cylinder head main body (12) at the respective valve seat areas (20, 50) at least two, the respective cooling channel (24, 54) closing, and mutually in the circumferential direction (22, 52) offset web elements (32, 34 , 62, 64). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Durchströmöffnungen (40, 42, 70, 72) mit voneinander verschiedenen Öffnungsquerschnitten hergestellt werden.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that at least two of the flow-through openings (40, 42, 70, 72) are produced with mutually different opening cross-sections. Zylinderkopf (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3.Cylinder head (10) for an internal combustion engine, obtainable by a method according to one of Claims 1 to 3 ,
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