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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise bereits der
DE 10 2005 020 228 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Zylinderkopf weist einen durch Gießen hergestellten Gusskörper auf, welcher wenigstens einen zumindest von Luft durchströmbaren Einlasskanal aufweist beziehungsweise begrenzt. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine wird mittels des Einlasskanals die den Einlasskanal durchströmende Luft in einen korrespondierenden Brennraum eingeleitet. Der Zylinderkopf weist außerdem wenigstens einen separat von dem Gusskörper ausgebildeten und an dem Gusskörper gehaltenen Ventilsitzring auf, welcher einen Ventilsitz für ein Gaswechselventil, insbesondere für ein Einlassventil, der Verbrennungskraftmaschine bildet.
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Des Weiteren offenbart die
DE 33 47 518 A1 einen durch den Ventilteller eines Einlassventiles auf- und zusteuerbaren Einlasskanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderkopf der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen für die den Einlasskanal durchströmende Luft realisiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Zylinderkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders kostengünstige Weise besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen für die den Einlasskanal durchströmende Luft realisiert werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass bezogen auf einen den Ventilsitzring und somit zumindest einen Schenkel des Einlasskanals in zwei insbesondere gleich große Hälften teilende, gedachte Ebene, in welcher die axiale Richtung des Ventilsitzrings verläuft, ein in einer erster der Hälften angeordneter, erster Übergangsbereich zwischen dem Ventilsitzring und einem ersten unbearbeiteten Gussflächenbereich des Gusskörpers eine erste mechanische, insbesondere spanende, Bearbeitung und ein in der zweiten Hälfte angeordneter, zweiter Übergangsbereich zwischen dem Ventilsitzring und einem zweiten unbearbeiteten Gussflächenbereich des Gusskörpers eine von der ersten Bearbeitung beabstandete und dadurch getrennte, zweite mechanische, insbesondere spanende, Bearbeitung aufweist. Unter dem Merkmal, dass die zusätzlichen Bearbeitungen voneinander getrennt und beabstandet sind, ist zu verstehen, dass die Bearbeitungen Einzelbearbeitungen der Übergangsbereiche zwischen dem einfach auch als Sitzring bezeichnenden Ventilsitzring und den auch als Gussflächen bezeichneten Gussflächenbereich sind, wobei die Bearbeitungen nicht in beziehungsweise bei der genannten Ebene miteinander verbunden sind.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Zylinderköpfe mit guten beziehungsweise hohen Durchflusswerten der Einlasskanäle erzielen eine hohe Zylinderfüllung, sodass solche Zylinderköpfe vorteilhaft für einen Verbrennungsmotor mit hoher Leistungsabgabe sind. Gleichzeitig sollen jedoch Zylinderköpfe einfach und kostengünstig zu fertigen sein, das heißt mit nur wenigen und einfachen, insbesondere spanenden Bearbeitungsschritten herzustellen sein. In der Folge ist herkömmlicherweise ein Kompromiss zwischen einem günstigen Zylinderkopf und einem Zylinderkopf mit guten Einlassdurchflussbedingungen erforderlich. Die Erfindung ermöglicht es nun, einerseits den Zylinderkopf besonders kostengünstig herzustellen zu können und andererseits besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen für die den Einlasskanal durchströmende Luft darstellen zu können. Zunächst wird beispielsweise der Gusskörper gegossen, insbesondere mit einer Rohgusskontur für den Einlasskanal und ein Brennraumdach. Danach wird beispielsweise eine zur Ventilachse axiale Bearbeitung zum Herstellen einer Sitzringfläche durchgeführt, auf welcher der Sitzring sitzt. Durch die axiale Bearbeitung wird beispielsweise eine Verbindung zwischen der Brennraumdachrohkontur und dem Einlasskanal erklärt beziehungsweise dessen Einlasskanalrohkontur bearbeitet. Dieser Bearbeitungsschritt kann in mehreren Einzelschritten und mit einer oder mehreren Phasen und der Zusatzkonturen axial zur Ventilachse ergänzt werden. Daraus resultierend ergibt sich herkömmlicher Weise eine Kante zwischen der axialen Bearbeitung und der unbearbeiteten Gusskontur des Einlasskanals. Diese Kante führt zu einer starken Ablösung der den Einlasskanal durchströmenden und über den Einlasskanal in den Zylinder einströmenden Luft beziehungsweise eines Kraftstoff-Luftstoffgemisches und folglich zu einem geringen Strömungsquerschnitt im Bereich des Sitzrings.
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Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Die Einzelbearbeitungen sind, da sie in den beschriebenen Hälften angeordnet sind, Kanalseitenbearbeitungen, durch welche eine übermäßige Ablösung der Luft um eine Sitzringkante des Ventilsitzrings herum gering gehalten beziehungsweise im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden kann. Dadurch erfolgt eine besonders strömungsgünstige Umströmung des auch als Einlassventils bezeichneten Gaswechselventils, insbesondere wenn letzteres geöffnet ist. Außerdem kann ein besonders großer effektiver Strömungsquerschnitt erreicht werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht die Erfindung eine kostengünstige Verbesserung der Strömungsoberfläche des Zylinderkopfes. Dadurch kann kostengünstig die Zylinderfüllung und damit die Leistung der Verbrennungskraftmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen gesteigert werden.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Draufsicht eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs;
- 2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Zylinderkopfes;
- 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen des Zylinderkopfes; und
- 4 eine weitere schematische Darstellung zur weiteren Veranschaulichung des Verfahrens
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht einen Zylinderkopf 10 für eine insbesondere als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs und ganz insbesondere eines Kraftwagens. Der Zylinderkopf 10 weist einen durch Gießen hergestellten Gusskörper 12 auf, welcher wenigstens zwei Einlasskanäle 14 aufweist, insbesondere direkt begrenzt. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine strömt zumindest Luft durch die Einlasskanäle 14 hindurch, mittels welchen die die Einlasskanäle 14 durchströmende Luft in einem korrespondieren Zylinder 16 eingeleitet wird. Der Zylinder 16 begrenzt teilweise einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, in deren Brennraum während des befeuerten Betriebs Verbrennungsvorgänge ablaufen. In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist im jeweiligen Einlasskanal 14, insbesondere genau, ein als Einlassventil bezeichnetes Gaswechselventil zugeordnet, welches relativ zu dem Zylinderkopf 10 translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar ist. Außerdem sind dem Zylinder 16, insbesondere genau, zwei Auslasskanäle 18 zugeordnet, welche beispielsweise ebenfalls durch den Gusskörper 12 gebildet beziehungsweise, insbesondere direkt, begrenzt sind. Aus dem jeweiligen, zuvor genannten, in dem Zylinder 16 ablaufenden Verbrennungsvorgang resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Das Abgas kann über die Auslasskanäle 18 aus dem Zylinder 16 ausströmen und von dem Zylinder 16 weggeführt werden.
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Je Einlasskanal 14 weist der Zylinderkopf 10 einen separat von dem Gusskörper 12 ausgebildeten und an dem Gusskörper 12 gehaltenen Ventilsitzring 20 auf, welcher einfach auch als Sitzring bezeichnet wird. Der jeweilige Sitzring bildet einen jeweiligen Ventilsitz für das jeweilige Einlassventil, welches in seiner Schließstellung, insbesondere direkt, auf dem jeweiligen, zugehörigen Ventilsitz des jeweiligen Sitzrings sitzt.
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Um nun auf besonders kostengünstige Weise besonders vorteilhafte Strömungsbedingungen für die den jeweiligen Einlasskanal 14 durchströmende Luft realisieren zu können, ist folgendes vorgesehen: Bezogen auf eine den jeweiligen Ventilsitzring 20 und somit zumindest einen Längenbereich beziehungsweise einen Schenkel des jeweiligen Einlasskanals 14 in zwei, insbesondere gleich große, Hälften H1 und H2 teilende, gedachte Ebene E, in welcher die axiale Richtung des jeweiligen Ventilsitzrings 20 verläuft, weist ein in der ersten Hälfte H1 angeordneter, erster Übergangsbereich U1 zwischen dem Ventilsitzring 20 und einem ersten, auch als erste Gussfläche bezeichneten, unbearbeiteten Gussflächenbereich B1 des Gusskörpers 12 eine erste mechanische Bearbeitung M1 auf.
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Ein in der sich in radialer Richtung des Ventilsitzrings 20 an die erste Hälfte H1 anschließende, zweiten Hälfte H2 angeordneter, zweiter Übergangsbereich U2 zwischen dem Ventilsitzring 20 und einem zweiten, auch als zweite Gussfläche bezeichneten, unbearbeiteten Gussflächenbereich B2 des Gusskörpers 12 weist eine von der ersten Bearbeitung M1 beabstandete und dadurch getrennte, zweite mechanische Bearbeitung M2 auf. Unter dem Merkmal, dass der jeweilige Gussflächenbereich B1 beziehungsweise B2 unbearbeitet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass der jeweilige Gussflächenbereich B1 beziehungsweise B2 nicht spanend bearbeitet ist, mithin einen Rohgusszustand aufweist, welcher durch das Gießen ohne weitere Bearbeitung gebildet wird.
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2 zeigt den Zylinderkopf 10 entlang einer Schnittebene, welche senkrecht zu der in 1 gezeigten Ebene E verläuft. Dabei ist in 2 das als Tellerventil ausgebildete Einlassventil erkennbar und mit 22 bezeichnet, wobei sich in 2 das Einlassventil 22 in seiner Offenstellung befindet. Durch Pfeile 24 ist in 2 die den Einlasskanal 14 durchströmende und über das geöffnete Einlassventil 22 in den Zylinder einströmende Luft veranschaulicht. Es ist erkennbar, dass sich die Luft in den Übergangsbereichen U1 und U2 aufgrund der Bearbeitungen M1 und M2 nicht übermäßig von dem Zylinderkopf 10 ablöst. Außerdem kann ein besonders großer effektiver Strömungsquerschnitt für die Luft realisiert werden, welcher durch den effektiven Strömungsquerschnitt durchströmen kann. Dadurch kann eine besonders große Zylinderfüllung realisiert werden. Die Bearbeitungen M1 und M2 werden auch als Kanalseitenbearbeitungen bezeichnet, da sie entlang einer senkrecht zu der Ebene E verlaufenden Richtung, entlang welcher die Einlasskanäle 14 beziehungsweise die Ventilsitzringe 20 aufeinanderfolgen beziehungsweise nebeneinander angeordnet sind, aufeinanderfolgen beziehungsweise nebeneinander angeordnet sind. Anhand der Pfeile 24 ist in 2 ferner erkennbar, dass durch die Kanalseitenbearbeitungen eine besonders vorteilhafte Ventilumströmung realisiert werden kann.
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3 zeigt eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Herstellen des Zylinderkopfes 10. Der Einlasskanal 14 wird mittels eines Gusskerns 26 hergestellt, wobei in 3 auch eine Gussoberfläche 28 des Gusskörpers 12 erkennbar ist. Die Gussoberfläche 28 bildet beispielsweise ein Brennraumdach, durch welches der Brenner teilweise begrenzt ist. In 3 ist eine herkömmliche Fräsbearbeitung des Gusskörpers 12 mit F bezeichnet, wobei nun auf eine solche, herkömmliche Fräsbearbeitung F verzichtet wird. Im Gegensatz zu einer solchen herkömmlichen Fräsbearbeitung F werden die Einzelbearbeitungen (Bearbeitung M1 und M2) hergestellt, was in Zusammenschau mit 4 erkennbar ist. In 4 ist besonders schematisch ein auch als Fräskopf bezeichneter Fräser 30 veranschaulicht, mittels welchem, insbesondere in einem jeweiligen Bearbeitungsschritt, die jeweilige Kanalseitenbearbeitung hergestellt wird. Der Fräser 30 ist ein Rotationssymmetrischer Fräser, mittels welchem in der jeweiligen Hälfte H1 beziehungsweise H2 die jeweilige, mechanische Bearbeitung M1 beziehungsweise M2 erzeugt, das heißt hergestellt wird. Dabei weist der rotationssymmetrische Fräser 30 vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcher in einem Bereich von einschließlich 4 mm bis einschließlich 20 mm liegt. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Fräser 30, insbesondere zum Herstellen der jeweiligen, mechanischen Bearbeitung M1 beziehungsweise M2, eine definierte dreidimensionale Bahn abfährt. Alternativ hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, dass der Fräser 30, insbesondere zum Herstellen der jeweiligen Bearbeitung M1 beziehungsweise M2, eine definierte zweidimensionale Bahn abfährt. Ferner ist es denkbar, dass der Fräser 30, insbesondere zum Herstellen der jeweiligen Bearbeitung M1 beziehungsweise M2, einen definierten eindimensionalen Einstich orthogonal oder in einem Winkel von einschließlich 70° bis einschließlich 110° zur Ebene E durchführt. Mit anderen Worten ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Fräser 30 einen definierten eindimensionalen Einstrich orthogonal +- 20° zur Ebene E durchführt, insbesondere zur Herstellung der jeweiligen, mechanischen Bearbeitung M1 beziehungsweise M2.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 12
- Gusskörper
- 14
- Einlasskanal
- 16
- Zylinder
- 18
- Auslasskanal
- 20
- Ventilsitzring
- 22
- Einlassventil
- 24
- Pfeil
- 26
- Gusskern
- 28
- Gussoberfläche
- 30
- Fräser
- B1
- Gussflächenbereich
- B2
- Gussflächenbereich
- E
- Ebene
- F
- herkömmliche Fräsbearbeitung
- H1
- erste Hälfte
- H2
- zweite Hälfte
- M1
- erste mechanische Bearbeitung
- M2
- zweite mechanische Bearbeitung
- U1
- erster Übergangsbereich
- U2
- zweiter Übergangsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005020228 A1 [0002]
- DE 3347518 A1 [0003]
