DE102019131295A1

DE102019131295A1 - Zylinderkopf mit Ventilsitz

Info

Publication number: DE102019131295A1
Application number: DE102019131295.7A
Authority: DE
Inventors: Raymund Tensing
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-02-13
Also published as: DE102020006620A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2), wobei der Kanal (2) ein zu einem Brennraum (6) hin orientiertes Kanalende (5) umfasst, und wobei der Ventilsitz (4) als eine Beschichtung des Kanalendes (5) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit einem Ventilsitz und ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes mit einem Ventilsitz.
Die DE4016728 offenbart einen Ventilsitz für einen Verbrennungsmotor, wobei der Ventilsitz mehrteilig ausgebildet in einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft eingepresst ist.
Ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal beweglichen Ventils gegen den Kanal. Der Kanal umfasst ein zu einem Brennraum hin orientiertes Kanalende. Der Ventilsitz ist als eine Beschichtung des Kanalendes ausgebildet ist.
Dadurch, dass der Ventilsitz als eine Beschichtung des Kanalendes ausgebildet ist, wird eine für einen Verbrennungsprozess optimierte Luftströmung durch den Kanal ermöglicht.
Ventilsitze, welche nicht als Beschichtung in dem Kanalende ausgebildet sind, sind häufig als separate Bauteile ausgebildet, welche in Einlass- und/oder Auslasskanäle eingepresst werden. Dadurch ergibt sich ein unvorteilhafter stufenartiger Verlauf an einem Übergang zwischen dem separaten Ventilsitz und dem Einlass- und/oder Auslasskanal. Dies führt zu für einen Verbrennungsprozess unvorteilhaften Luftströmungen innerhalb der Einlass- und/oder Auslasskanälen.
Bevorzugt ist die Beschichtung mittels eines Metall Pulver Auftrag Verfahrens erzeugt. Bei einem derartigen Verfahren wird Metallpulver schichtweise zu soliden Festkörpern kompaktiert. Dazu werden Pulverpartikel mit Hilfe eines Trägergases auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und durch eine Düse, bevorzugt eine Lavaldüse, auf das Kanalende aufgebracht. Es ergeben sich Aufbauraten von mehr als 200 Kubikzentimeter pro Stunde. Dies ermöglicht eine sehr zeiteffiziente Herstellung des Ventilsitzes 4.
Durch Verwendung des Metall Pulver Auftrag Verfahrens wird es ermöglicht, auf eine zusätzliche Zuführung von Wärme während des Beschichtungsprozesses zu verzichten. Durch solche Zuführung von Wärme, insbesondere wenn die Zuführung räumlich sehr lokal erfolgt, ergeben sich häufig materielle Instabilitäten innerhalb des Kanalendes. Ohne eine Zuführung von zusätzlicher Wärme wird somit eine erhöhte Haltbarkeit des Zylinderkopfes ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes wobei der Zylinderkopf einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal beweglichen Ventils gegen den Kanal umfasst, wobei der Kanal ein zu einem Brennraum hin orientiertes Kanalende umfasst, umfasst den Schritt:

- Ausbilden des Ventilsitzes durch Beschichten des Kanalendes.

Dadurch, dass der Ventilsitz als eine Beschichtung des Kanalendes ausgebildet ist, wird es ermöglicht, auf eine Verwendung von Ventilsitzen, welche als separate und massive Bauteile ausgebildet sind, zu verzichten. Dies ermöglicht eine Gewichtsreduktion für einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes und
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 für einen Verbrennungsmotor. Der Zylinderkopf 1 umfasst einen Kanal 2 zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz 4 zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal 2 beweglichen Ventils 3 gegen den Kanal 2. Der Kanal 2 umfasst ein zu einem Brennraum 6 hin orientiertes Kanalende 5. Der Ventilsitz 4 ist als eine Beschichtung des Kanalendes 5 ausgebildet.
Das Kanalende 5 ist in seinem Verlauf gekrümmt ausgebildet. Ein Querschnitt durch das Kanalende 5 ist abschnittsweise veränderlich und nicht kreisförmig ausgebildet. Durch die Beschichtung des Kanalendes 5 wird es ermöglicht, dass der Ventilsitz 4 in seinem Verlauf dem Verlauf des Kanalendes 5 folgt. Dies ermöglicht das Erzeugen einer für einen Verbrennungsprozess optimierten Luftströmung.
Der Ventilsitz 4 umfasst Bronze, eine metallische Kupferlegierung. Das Ventil 3 dichtet den Kanal 2 gegen den Brennraum 6 ab. Dabei kommt es zu mechanischem Kontakt zwischen dem Ventil 3 und dem Ventilsitz 4. Da das Ventil 3 zum Teil hohe Geschwindigkeiten aufweist, führt der mechanische Kontakt zu großen Kräften, welche auf den Ventilsitz 4 übertragen werden. Durch die Bronze wird eine hohe Widerstandkraft des Ventilsitzes 4 gegen diese mechanischen Einflüsse ermöglicht. Dies ermöglicht eine hohe Haltbarkeit und Wartungsarmut des Ventilsitzes 4.
Der Ventilsitz 4 weist eine Höhe von weniger als 5 mm auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitz 4 eine Höhe von 2 mm auf. Der Ventilsitz 4 weist eine Dicke von weniger als 1 mm auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Ventilsitz 4 eine Dicke von 500 µm auf.
Diese vergleichsweise kleine Dimensionierung des Ventilsitzes 4 ermöglicht, dass eine Luftströmung durch den Kanal 2 nur minimal durch den Ventilsitz 4 beeinflusst wird. Dadurch werden insbesondere negative Einflüsse des Ventilsitzes 4 auf die Luftströmung minimiert.
2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 für einen Verbrennungsmotor. Der Ventilsitz 4 ist mittels eines kinetischen Spritzverfahrens erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel wird dafür Metall Pulver Auftrag Verfahren verwendet.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden Bronzepartikel verwendet. Diese wurden auf die Oberfläche des Kanalendes 5 aufgebracht. Dazu wurde ein Trägergas mit den Bronzepartikeln versetzt und beschleunigt, so dass die Bronzepartikel eine hohe Geschwindigkeit aufwiesen. Das mit den Bronzepartikeln versetzte Trägergas wurde auf das Kanalende 5 gerichtet. Beim dortigen Auftreffen haben sich die Bronzepartikel verformt und sich dabei dem Verlauf den Kanalendes 5 angepasst. Dieser Vorgang wurde fortgeführt, bis sich eine Schichtdicke von 500 µm ergab. So wurde eine geschlossene Beschichtung des Kanalendes 5 ermöglicht. Zudem wurde so ein Verlauf des Ventilsitzes 4 ermöglicht, der dem Verlauf des Kanalendes 5 sehr exakt folgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4016728 [0002]

Claims

Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2), wobei der Kanal (2) ein zu einem Brennraum (6) hin orientiertes Kanalende (5) umfasst, und wobei der Ventilsitz (4) als eine Beschichtung des Kanalendes (5) ausgebildet ist.
Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung mittels eines kinetischen Spritzverfahrens erzeugt ist.
Zylinderkopf (1) nach Anspruch 2, wobei das kinetische Spritzverfahren ein Metall Pulver Auftrag Verfahren ist
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (4) ein Metall umfasst.
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (4) Kupfer und/oder Messing und/oder Bronze umfasst.
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (4) eine Höhe von weniger als 6 mm, bevorzugt weniger als 5 mm aufweist.
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (4) eine Dicke von weniger als 1 mm, bevorzugt weniger als 500 µm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinderkopf (1) einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2) umfasst, wobei der Kanal (2) ein zu einem Brennraum (6) hin orientiertes Kanalende (5) umfasst, umfassend den Schritt: - Ausbilden des Ventilsitzes (4) durch Beschichten des Kanalendes (5).
Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (1) nach Anspruch 9, wobei das Beschichten mittels eines kinetischen Spritzverfahrens, bevorzugt mittels eines Metall Pulver Auftrag Verfahrens erfolgt.