DE19653909C1 - Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Zylinderkopf für BrennkraftmaschinenInfo
- Publication number
- DE19653909C1 DE19653909C1 DE19653909A DE19653909A DE19653909C1 DE 19653909 C1 DE19653909 C1 DE 19653909C1 DE 19653909 A DE19653909 A DE 19653909A DE 19653909 A DE19653909 A DE 19653909A DE 19653909 C1 DE19653909 C1 DE 19653909C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- groove
- cylinder head
- valve opening
- gas exchange
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 15
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 18
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 12
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 9
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4285—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of both intake and exhaust channel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
- B22D19/0009—Cylinders, pistons
- B22D19/0018—Cylinders, pistons cylinders with fins
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
- F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/06—Casting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einem Zylinderkopf für Brennkraftma
schinen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispiels
weise aus der DE 36 03 582 C1 oder der DE 195 02 342 A1 als be
kannt hervorgeht.
Zylinderköpfe für Brennkraftmaschinen sind kompliziert geformte
Bauteile, die durch Gießen hergestellt werden. Die Gießkerne
zum Abformen der Innenoberfläche der Gaswechselkanäle weisen
einen von Werkstück zu Werkstück streuenden, unvermeidlichen
Versatz gegenüber einer Ideallage des Kernes auf. Die gewünsch
te Sollage der Innenoberfläche der Gaswechselventile ist durch
die Lage der jeweils zugehörigen Ventilöffnung in der brenn
raumseitigen Begrenzungswand des Zylinderkopfes bestimmt. Wegen
des Kernversatzes hat man an den Gaswechselkanälen im gegosse
nen Rohzustand im öffnungsnahen Bereich eine zur Ventilöffnung
hin zunehmende Bearbeitungszugabe vorgesehen, die an der Ven
tilöffnung im Ausmaß wenigstens dem maximal zulässigen Versatz
maß entspricht. Dadurch ergibt sich eine Schnittiefen-Streu
breite von etwa dem doppelten Versatzmaß. Diese innenseitige
Materialzugabe wird anschließend derart spanabhebend bearbei
tet, daß die Innenoberfläche der Gaswechselkanäle jeweils ver
satzfrei in die Ventilöffnung übergeht.
Die eingangs zitierten Druckschriften empfehlen hierzu eine Be
arbeitung mit einem Formfräser, wobei die räumliche Sollkontur
der Gaswechselkanäle durch entsprechendes räumliches Führen ei
nes Kugel- oder Scheibenfräsers erzeugt wird. Zwar läßt sich
durch eine solche Bearbeitung ein versatzfreier und strömungs
günstiger Übergang der Kanalinnenfläche in die Ventilöffnung
erzeugen, jedoch ist die dazu erforderliche Bearbeitung auf
grund der räumlichen Bewegung des Fräsers kompliziert und auf
grund des geringen Zerspanungseingriffes des Formfräsers in das
Werkstück am jeweiligen Arbeitspunkt auch nur sehr langsam. Die
räumliche Fräserführung ist nur mit sehr teuren Bearbeitungsma
schinen durchführbar, so daß die Bearbeitung mit einem hohen
Investitionskostenanteil kostenmäßig belastet ist. Aufgrund der
lang andauernden Bearbeitung ist die Produktivität trotzdem ge
ring. Außerdem ist der Einsatz von leistungsfähigeren, höher
belastbaren und austauschbaren Hartmetallschneiden in Kugel-
oder Scheibenfräsern zumindest bei den hier praktisch in Frage
kommenden Fräsergrößen nicht möglich.
Zwar ist es bekannt, einen versatzfreien Übergang von der Ven
tilöffnung in die Gaswechselkanäle dadurch spanabhebend herzu
stellen, daß ein im Meridianschnitt spitzbogenförmig ausgebil
deter und im Durchmesser der lichten Weite der Ventilöffnung
entsprechender Formfräser von der Brennraumseite her geradlinig
und konzentrisch in die Ventilöffnung fräsend eingetaucht wird,
wobei auch die Innenoberfläche der Kanalwandung bearbeitet
wird. Eine solche Bearbeitung erfordert nur eine einfache Spin
delbewegung ähnlich einem Bohrvorgang, die mit einer kostengün
stigen Standartmaschine ausgeführt werden kann. Ein dazu erfor
derlicher Formfräser kann auch mit austauschbaren Hochlei
stungsschneiden bestückt werden. Im übrigen greift ein solcher
Fräser am gesamten Umfang in den abzutragenden Werkstoff ein,
so daß eine hohe Zerspanungsleistung und somit eine rationelle
Bearbeitung möglich ist. Durch die spitzbogenförmige Kontur der
Schneidzähne wird zumindest im Bereich eines in Strömungsrich
tung konkaven Verlaufes der Kanalwandung ein strömungsgünstiger
Übergang von der bearbeiteten zur gegossenen Kanaloberfläche
erzeugt. Hingegen entsteht - werkstück-individuell je nach
Richtung des jeweiligen Kernversatzes - an den gegenüberliegen
den Kanalseiten mit konvexem Wandverlauf eine mehr oder weniger
ausgeprägte Kante, an der sich die Strömung ablöst. Derartige
Strömungsablösungen bilden eine Querschnittsverengung und be
einträchtigen daher einen optimalen Ladungswechsel. Insbesonde
re bei den Einlaßkanälen würden ablösungsverursachende Bearbei
tungskanten eine optimale Zylinderfüllung mindern oder eine für
alle Motoren einer Fertigung gleichbleibend gute Einlaufströ
mung beeinträchtigen und somit die tatsächlich mit der Brenn
kraftmaschine erzielbare Motorleistung oder die Qualität der
Verbrennung reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen
Zylinderkopf dahingehend zu verbessern, daß die Bearbei
tungszugabe im ventilnahen Bereich der Gaswechselkanäle einer
seits mittels eines geradlinig geführten Formfräsers versatz
frei abgearbeitet werden kann, daß aber trotzdem auch im Be
reich der konvex verlaufenden Wandungspartien ein strömungsgün
stiger Oberflächenverlauf erhältlich ist.
Diese Aufgabe wird wird bei einem gattungsgemäßen
Zylinderkopf durch die kennzeichnen
den Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Bearbeitungszugabe kann
dank der erfindungsgemäßen Ausgleichsrille mit einem linear in
die Ventilöffnung eintauchenden Formfräser von spitzbogenförmi
ger Kontur strömungsgünstig bearbeitet werden. Zwar wird bei
absolut lagerichtig positioniertem Gießkern - was relativ sel
ten vorkommt - eine geringfügige, aber im Toleranzbereich lie
gende Verschlechterung der Strömung gegenüber der Bestausfüh
rung verursacht, die jedoch in Kauf genommen wird. Dafür sind
jedoch die erzielbaren Kanalkonturen bei mäßigem bis extremem
Kernversatz wesentlich besser als beim Stand der Technik. Durch
die erfindungsgemäße Ausgleichsrille wird in jedem Fall eine
Kanaleinschnürung an einer kritischen Stelle vermieden. Dank
der Erfindung kann deshalb bei einfacher Bearbeitung des Gas
wechselkanales eine verlustarme Strömung und somit eine gute
Zylinderfüllung erreicht werden.
Die Ausgleichsrille kann praktisch ohne Zusatzkosten beim Gieß
vorgang erzeugt werden. Es brauchen lediglich die Gießkerne für
die Gaswechselkanäle mit einem der Rillenform negativ entspre
chenden Umfangswulst versehen zu sein.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einer einfachen, rationellen
und kostengünstigen Bearbeitung des Kanalendes bei gleichzeiti
ger Reduzierung der Streubreite der Strömungsverluste in den
Gaswechselkanälen. Insbesondere wird bei Doppelventil-Motoren
das sog. Tumbling - eine Zirkulationsströmung der in den Brenn
raum einströmenden Gase mit in Motorlängsrichtung liegender Ro
tationsachse -, welches auf Änderungen der Strömungsverhältnis
se sehr empfindlich reagiert, trotz auftretender fertigungsbe
dingter Schwankungen auf ein ohne weiteres tolerierbare Schwan
kungsbreite eingeengt, so daß die vom Motorkonstrukteur vorge
gebenen Werte des Tumblings auch mit einer einfachen Bearbei
tung eingehalten werden können. Die gewählte Intensität des
Tumblings ist im Zusammenwirken mit anderen verbrennungsrele
vanten Motorparametern verantwortlich für einen geordneten und
in bestimmter Weise gewünschten Verbrennungsablauf. Eine unzu
lässig starke und unkontrollierte Veränderung des Tumbling
stört den für eine bestimmte Motorauslegung gewählten Kompromiß
und wirkt sich negativ auf das Verbrennungsgeräusch und/oder
die Abgaswerte aus.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend noch erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen partiellen Schnitt durch einen Zylinderkopf im Be
reich eines Einlaßkanales und der Ventilöffnung, wobei
eine versatzfreie Lage der gegossenen Innenoberfläche
des Einlaßkanales dargestellt ist,
Fig. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung des Querschnittes der
Ausgleichsrille (Einzelheit II aus Fig. 1) vor der zer
spanenden Bearbeitung des Kanalüberganges in die Ventil
öffnung,
Fig. 3 eine zu Fig. 2 völlig analoge Darstellung der Einzel
heit II bei extremem Versatz der Innenoberfläche in der
einen Richtung, bei dem der mit der Ausgleichsrille ver
sehene Umfangsbereich an die Ventilöffnung angenähert
ist,
Fig. 4 eine weitere zu Fig. 2 völlig analoge Darstellung der
Einzelheit II bei extremem Versatz der Innenoberfläche
in die anderen Richtung, bei dem der mit der Ausgleichs
rille versehene Umfangsbereich von der Ventilöffnung ab
gerückt ist und die
Fig. 5, 6 und 7 jeweils die Einzelheiten nach den Fig. 2, 3
bzw. 4 nach dem spanabhebenden Abarbeiten der Bearbei
tungszugabe sowie die Ausbildung der wandnahen Einlaß
strömung im Übergangsbereich.
Die Fig. 1 zeigt ausschnittsweise einen gegossenen Zylinder
kopf 1 für eine Brennkraftmaschine, bei dem in der brennraum
seitigen Begrenzungswand 2 eine kreisrunde Ventilöffnung 3 und
ein dorthin führender Gaswechselkanal 4 - vorliegend ein Ein
laßkanal - angeordnet ist. Das dargestellte Ausführungsbeispiel
des Zylinderkopfes weist je Brennraum zwei parallel hinterein
der liegende Ventilöffnungen und einen hosenartig sich verzwei
genden Einlaßkanal auf, bei dem eine Trennrippe 18 zwischen den
Ventilöffnungen vorgesehen ist.
Die innere Oberfläche 5 der Gaswechselkanäle 4 wird durch in
die Gießform eingelegte Gießkerne abgeformt. Diese Gießkerne
unterliegen trotz aller Sorgfalt einer gewissen Lagetoleranz
mit einem maximal zulässigen Toleranzfeld von Beispielsweise ±
1 mm in allen Richtungen. Demgemäß weist auch die innere Ka
naloberfläche einen von Werkstück zu Werkstück unterschiedli
chen, innerhalb dieses Toleranzfeldes liegenden Versatz gegen
über der Lage der spanabhebend angearbeiteten Ventilöffnung 3
auf, die als Bezugskontur lagegenau an den Zylinderkopf angear
beitet wird. Um dennoch einen versatzfreien Übergang der In
nenoberfläche in die zugehörige Ventilöffnung durch eine zer
spanende Bearbeitung des Übergangsbereiches schaffen zu können,
sind die Gaswechselkanäle im gegossenen Rohzustand im öffnungs
nahen Bereich mit einer zur Ventilöffnung hin zunehmenden Bear
beitungszugabe 7 versehen. Dieses Zugabemaß deckt nicht nur den
maximal möglichen Versatz der Kanaloberfläche ringsum ab, son
dern enthält darüber hinaus ein gewisses Bearbeitungsaufmaß, um
eine spanabhebende Bearbeitung in jedem Fall zu ermöglichen.
Demgemäß entspricht die vorgehaltene Bearbeitungszugabe 7 an
der Ventilöffnung im Ausmaß wenigstens dem genannten, maximal
zulässigen Versatzmaß, zweckmäßigerweise etwa 10% mehr als das.
Diese Bearbeitung soll einerseits mittels eines geradlinig ge
führten Formfräsers mit einer spitzbogenförmigen Kontur 15
durchgeführt werden, wofür eine einfache Werkzeugmaschine und
ein Formfräser hoher Standzeit und hoher Zerspanungsleistung
eingesetzt werden kann. Andererseits soll dabei auch im Bereich
der konvex verlaufenden Wandungspartien des Gaswechselkanales
ein strömungsgünstiger Oberflächenverlauf erzielt werden, d. h.
eine ablösungsverursachende Kante am Übergang von bearbeiteter
Oberfläche zu Gußoberfläche soll auch im kritischen konvexen
Bereich vermieden werden.
Um dies zu erreichen, ist erfindungsgemäß im Bereich der Bear
beitungszugabe 7 eine Ausgleichsrille 9 im gegossenen Rohzu
stand der Gaswechselkanälen vorgesehen. Sie verläuft in Um
fangsrichtung kurz oberhalb der Ventilöffnung und ist im Quer
schnitt flach V-förmig ausgebildete. Die Ausgleichsrille ist -
bezogen auf die Strömungsrichtung in den Gaswechselkanälen -
wenigstens im Bereich 12 eines konvexen bis geradlinigen Kanal
wandungsverlaufes vorgesehen. Nachdem die Trennrippe im Quer
schnitt nach Art eines Schiffsbug ebenfalls an ihren Seiten in
Strömungsrichtung konvex geformte Oberflächen aufweist, ist ei
ne Ausgleichsrille auch im Bereich der Trennrippe 18 bei zwei
Einlaßventilen je Brennraum vorgesehen. Im Umfangsbereich eines
- in Strömungsrichtung - konkaven Wandungsverlaufes, der eine
Strömungsumlenkung geometrisch erzwingt, besteht keine Gefahr,
daß sich eine strömungsungünstige Kante bei der Kanalbearbei
tung bildet, weil zum einen die Kanalkontur in diesem Umfangs
bereich im Wesentlichen durch die Kontur 15 des Formfräsers be
stimmt wird, der der gewünschten Kanalkrümmung angepaßt ist und
weil zum anderen etwaige dennoch entstehende Übergangskanten
die Strömung nicht stören. Da etwaige Strömungsverluste beim
Gaswechsel vor allem einlaßseitig leistungsbeeinflussend oder
drall- sowie tumble-beeinflussend sind, sind zumindest die Ein
laßkanäle des Zylinderkopfes mit einer Ausgleichsrille versehen.
Die Ausgleichsrillen sind insbesondere an solchen Zylinderköp
fen mit Vorteil einsetzbar, bei denen die Gaswechselkanäle im
ventilnahen Bereich stark gekrümmten sind, d. h. deren Mittelli
nie 14 dort mit einen Krümmungsradius R gekrümmt ist, der etwa
dem 1,0 bis 2,5 fachen des lichten Durchmessers D der Venti
löffnung 3 entspricht. Bei Zylinderköpfen, bei denen die Gas
wechselkanäle mit schwacher Krümmung in die Ventilöffnung über
gehen, ist die sich beim Bearbeiten des Kanalendes von der Ven
tilöffnung her bildende Kante weniger strömungsungünstig. In
den Fällen, in denen die Gaswechselkanäle steil in die Ventil
öffnung einlaufen, stoßen die Gußoberfläche und die bearbeitete
Fläche an der entstehenden Übergangskante sehr flach zusammen,
so daß die Strömung einem solchen Oberflächenverlauf weitgehend
ablösungsfrei zu folgen vermag.
Die optimale Lage, der Verlauf, Umfangserstreckung und Quer
schnittsform der Ausgleichsrille muß im Einzelfall vom Kon
strukteur entsprechend den jeweiligen, konstruktiv vorgegebenen
Umgebungsbedingungen des Zylinderkopfes entwickelt werden. Un
abhängig davon kann jedoch allgemein folgendes gesagt werden:
Der Abstand a der Ausgleichsrille oberhalb von der Oberkante
der Aussparung 20 für einen Ventilsitzring entspricht etwa 20
bis 30% des lichten Durchmessers D der Ventilöffnung. Bei Zy
linderköpfen ohne Ventilsitzring kann die Ausgleichsrille in
einem entsprechenden Abstand oberhalb des Ventilsitzes angeord
net werden. Die Ausgleichsrille verläuft zumindest in grober
Annäherung in einer Ebene, die etwa rechtwinklig zur Kanalmit
tellinie steht. Sie ist im Querschnitt nach Art einer kissen
förmigen Einschnürung geformt. Die Rillenflanken 10 laufen etwa
in der Mitte spitz zum Rillengrund 11 zusammen und sind im
Querschnitt konvex geformt und strömungsabrißfrei gekrümmt,
d. h. die Flanken der Ausgleichsrille sind im Querschnitt mit
einem Krümmungsradius r bzw r′ von mindestens etwa 18 mm oder
länger gekrümmt.
Der Rillengrund 11 liegt außerhalb des Idealverlaufes 21 der
Innenoberfläche, so daß in diesem Bereich nicht nur keine Bear
beitungszugabe vorgesehen ist, sondern die reale Innenoberflä
che des Gaswechselkanales gegenüber dem genannten Idealverlauf
lokal ein Übermaß aufweist. Die zur Kanaltangente 17 gemessene
Tiefe t der Rille ist - zumindest an der Umfangs stelle der
größten Oberflächenkrümmung in Strömungsrichtung - etwa gleich
dem maximalem Kernversatz.
Die Ausgleichsrille ist im Querschnitt derart ausgebildet und
angeordnet, daß bei einer Extremlage des Gießkernes, bei der
die Umfangspartie des Gießkernes mit der Ausgleichsrille der
Mitte der Ventilöffnung am stärksten angenähert ist, die Kontur
des Formfräsers im voll eingetauchten Zustand durch den Rillen
grund verläuft.
Der praktische Erfolg bzw. Vorteil der Ausgleichsrille 9 sei
nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 7 erläutert, wobei von den
sechs Figuren paarweise immer zwei zusammenhängend zu betrach
ten sind, in denen bei gleichem Kernversatz die Einzelheit II
vor bzw. nach der Bearbeitung gezeigt ist. Und zwar werden an
hand dreier Figurenpaare die Zustände
"kein Kernversatz" in den Fig. 2 und 5,
"extremer Kernversatz nach links" in den Fig. 3 und 6 und
"extremer Kernversatz nach rechts" in den Fig. 4 und 7
erörtert. Die Soll-Lage der Ventilöffnung 3 ist durch die ange arbeitete Aussparung 20 für den Ventilsitzring sowie durch die angedeutete Kontur 15 des Profilfräsers zum Bearbeiten des Ka nalüberganges von der Ventilöffnung her angedeutet, die in al len drei dargestellten Fällen in derselben Relativlage angeord net sind. Lediglich die Innenoberfläche des Gaswechselkanales bzw. der Ausgleichsrille ist in Relation zur Ventilöffnung un terschiedlich gelagert.
"kein Kernversatz" in den Fig. 2 und 5,
"extremer Kernversatz nach links" in den Fig. 3 und 6 und
"extremer Kernversatz nach rechts" in den Fig. 4 und 7
erörtert. Die Soll-Lage der Ventilöffnung 3 ist durch die ange arbeitete Aussparung 20 für den Ventilsitzring sowie durch die angedeutete Kontur 15 des Profilfräsers zum Bearbeiten des Ka nalüberganges von der Ventilöffnung her angedeutet, die in al len drei dargestellten Fällen in derselben Relativlage angeord net sind. Lediglich die Innenoberfläche des Gaswechselkanales bzw. der Ausgleichsrille ist in Relation zur Ventilöffnung un terschiedlich gelagert.
Bei den Darstellungen der Fig. 2 und 5 ist der Zustand einer
Ideallage des Gießkernes angenommen. In Fig. 2 ist ein strich
punktiert angedeuteter Idealverlauf 21 ohne erfindungsgemäße
Ausgleichsrille 9 lediglich vergleichshalber dargestellt. Die
Linie 21 mündet tangential in die Basis der Fräserkontur 15
ein. Nachdem jedoch gegenüber dieser Linie noch ein Bearbei
tungsaufmaß zu denken ist, würde die tatsächlich nach der -
einfachen - Bearbeitung entstehende Kanaloberfläche eine leich
te Kante aufweisen.
Bei der erfindungsgemäßen Kanalausbildung mit der Ausgleichs
rille 9 schneidet der Formfräser im Zustand nach Fig. 2 bzw. 5
relativ tief in die Bearbeitungszugabe 7 ein, bleibt aber noch
deutlich hinter dem Rillengrund 11 zurück. Dabei entsteht, wie
Fig. 5 erkennen läßt, eine breite, gespante Oberfläche 8, die
kurz vor dem Rillengrund 11 endet. Bei der Feinabstimmung der
Ausgleichsrille hinsichtlich Querschnittsform, Lage und Rillen
verlauf ist durch Probieren und Variieren dieser Kriterien am
CAD-System darauf zu achten, daß bei versatzfreier Lage des
Gießkernes etwa das Bearbeitungsbild nach Fig. 5 entsteht. In
der Kanaloberfläche verbleit auf der konvexen Seite eine kleine
Rille geringer Tiefe, die mit einer schrägen Flanke über eine
stumpfwinklige Kante in die bearbeitete Fläche 8 übergeht, die
mit in Umfangsrichtung verlaufenden Schraffurlinien (Umfangs
riefen) kenntlich gemacht ist. In der nach der Bearbeitung ver
bleibenden Rille bildet sich ein kleines Gebiet 19 einer Strö
mungsablösung unterhalb der wandnahen Strömung 13 aus, die je
doch keine nennenswerte Verengung des wirksamen Kanalquer
schnittes mit sich bringt. Beim Zustand eines versatzfreien
Gießkernes wird also eine sehr geringe und ohne weiteres tole
rierbare Beeinträchtigung der Strömung in Kauf genommen. Dafür
können jedoch die beiden anderen Fälle eines extremen Kernver
satzes in ihrem Störeinfluß auf die wandnahe Strömung deutlich
gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden, wie die
nachfolgenden Ausführungen zeigen.
In den Fig. 3 und 6 ist der Zustand eines extremen Kernver
satzes nach links dargestellt, d. h. hier ist der Gießkern mit
der die Ausgleichsrille 9 abformenden Umfangspartie extrem zur
Ventilöffnung hin versetzt. Aufgrund einer entsprechenden Opti
mierung von Lage, Querschnittsform und Verlauf der erfindungs
gemäßen Ausgleichsrille schneidet der Formfräser 15 in diesem
Zustand gerade das Material unterhalb der öffnungsseitigen also
unteren Flankenoberfläche 10′ gerade vollständig weg, so daß
die Bearbeitungsfläche 8′ an der Stelle des früheren Rillen
grundes 11 tangential in die obere Rillenflanke 10 übergeht.
Bei diesem Zustand eines extremen Kernversatzes entstehen also
- zumindest an der in Fig. 6 rechts dargestellten Umfangsstel
le des Einlaßkanales - keine Stufen, Kanten oder Rillen, die
die wandnahe Strömung 13 beeinträchtigen könnten. Trotz starken
Kernversatzes und einfacher Bearbeitung verläuft also die wand
nahe Strömung 13 ungestört.
Bei einem extremen Kernversatz in der entgegengesetzten Rich
tung nach den Fig. 4 und 7 ist der Umfangsbereich der Aus
gleichsrille besonders stark von der Ventilöffnung abgerückt.
In diesem Zustand wird die Materialzugabe im Bereich der Aus
gleichsrille bei der zerspanenden Bearbeitung des Kanalendes
nur sehr wenig angeschnitten, so daß sich dort ein sehr schma
ler Streifen einer Bearbeitungsfläche 8′′ ergibt. In diesem Zu
stand bleiben also die Ausgleichsrille und insbesondere ihre
untere Flanke 10′ nahezu vollständig erhalten, so daß nun im
Umfangsbereich der Ausgleichsrille im Wesentliche diese selber
die Stömungseigenschaft der wandnahen Strömung 13 bestimmt. Es
entsteht lediglich an der tiefsten Stelle der Ausgleichsrille
ein kleines Gebiet 19 einer Strömungsablösung, die jedoch die
Strömung nicht nennenswert beeinträchtigt. Ferner entsteht in
Strömungsrichtung hinter der Kante am Übergang zur gespanten
Fläche 8′′ ein weiteres kleines Ablösungsgebiet, welches eben
falls vernachlässigbar ist.
Bei allen zulässigen Versätzen des Gießkernes - ob groß oder
gering, ob links oder rechts - sind also dank der Ausgleichs
rille annähernd gleichgute Strömungsverhältnisse in den Gas
wechselkanälen vorhanden. Wichtig hierbei ist vor allem, daß
die Streubreite der Strömungsverluste über das gesamte Feld der
möglichen Varianten von Kernlagen gering ist, geringer jeden
falls, als bei einfacher Bearbeitung ohne Ausgleichsrille.
Claims (9)
1. Gegossener Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, mit we
nigstens einer, in der brennraumseitigen Begrenzungswand des
Zylinderkopfes angeordneten, kreisrunden Ventilöffnung und ei
nem zu der Ventilöffnung führenden Gaswechselkanal, wobei die
innere Gußoberfläche des Gaswechselkanales einen von Werkstück
zu Werkstück unterschiedlichen, innerhalb eines bestimmten, ma
ximal zulässigen Toleranzfeldes liegenden Versatz gegenüber der
Lage der spanabhebend angearbeiteten Ventilöffnung aufweist,
wobei ferner der Gaswechselkanal im gegossenen Rohzustand im
öffnungsnahen Bereich mit einer zur Ventilöffnung hin zunehmen
den Bearbeitungszugabe versehen ist, welches an der Ventilöff
nung im Ausmaß wenigstens dem genannten, maximal zulässigen
Versatzmaßes entspricht, wobei der Öffnungsnahe Bereich des
Gaswechselkanales innenseitig derart spanabhebend bearbeitet
ist, daß die Innenoberfläche des Gaswechselkanales jeweils ver
satzfrei in die Ventilöffnung übergeht,
gekennzeichnet durch eine im Bereich der
Bearbeitungszugabe (16) des Gaswechselkanales (4) im gegossenen
Rohzustand vorgesehene, in Umfangsrichtung verlaufende, im
Querschnitt flach V-förmig ausgebildete Ausgleichsrille (9) mit
folgenden Merkmalen:
- - die Rillenflanken (10) laufen etwa in der Mitte der Aus gleichsrille (9) spitz zum Rillengrund (11) zusammen und sind im Querschnitt konvex geformt und strömungsgünstig, d. h. möglichst abrißfrei gekrümmt,
- - die Ausgleichsrille (9) ist - bezogen auf die Strömungs richtung im Gaswechselkanal (4) - wenigstens im Bereich (12) eines konvexen Kanalwandungsverlaufes vorgesehen,
- - die Ausgleichsrille (9) verläuft in einem solchen Abstand (a) oberhalb von der Oberkante der Aussparung (20) für einen Ventilsitzring oder - bei Zylinderköpfen ohne Ventilsitzring - oberhalb des Ventilsitzes in der Ventilöffnung (3), der etwa 20 bis 30% des lichten Durchmessers (D) der Ventilöff nung (3) entspricht,
- - der Rillengrund (11) liegt außerhalb des Idealverlaufes (21) der Innenoberfläche (5), so daß in diesem Bereich nicht nur keine Bearbeitungszugabe vorgesehen ist, sondern die reale Innenoberfläche des Gaswechselkanales (4) gegenüber seinem Idealverlauf (21) lokal ein Übermaß aufweist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgleichsrille (9) zumindest in grober Annäherung in
einer Ebene verläuft, die etwa rechtwinklig zur Kanalmittelli
nie (14) steht.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgleichsrille (9) im Querschnitt nach Art einer kis
senförmigen Einschnürung geformt ist.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgleichsrille (9) im Querschnitt derart ausgebildet
und angeordnet ist, daß bei einer Extremlage des Gießkernes,
bei der die Umfangspartie des Gießkernes mit der Ausgleichsril
le (9) der Ventilöffnung (3) am stärksten angenähert ist, die
Kontur (5) des Formfräsers im voll eingetauchten Zustand durch
den Rillengrund (11) verläuft.
5. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Kanaltangente (17) gemessene Tiefe (t) der Aus
gleichsrille (9) etwa gleich dem maximalem Kernversatz ist.
6. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flanken (10) der Ausgleichsrille (9) im Querschnitt mit
einem Krümmungsradius (r, r′) von mindestens etwa 18 mm oder
länger gekrümmt sind.
7. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die Einlaßkanäle des Zylinderkopfes mit einer
Ausgleichsrille (9) versehen sind.
8. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgleichsrillen (9) an Zylinderköpfen mit im ventilna
hen Bereich stark gekrümmten Gaswechselkanälen (4) vorgesehen
sind, deren Mittellinie (14) dort mit einen Krümmungsradius (R)
gekrümmt ist, der etwa dem 1,0 bis 2,5 fachen des lichten
Durchmessers (D) der Ventilöffnung (3) entspricht.
9. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Zylinderköpfen mit zwei oder mehr Einlaßventilen je
Brennraum und Trennrippen (18) zwischen den Ventilöffnungen (3)
auch im Bereich der Trennrippe(n) (18) eine Ausgleichsrille (9)
vorgesehen ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19653909A DE19653909C1 (de) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen |
EP97120815A EP0849463B1 (de) | 1996-12-21 | 1997-11-27 | Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen |
US08/996,209 US6053141A (en) | 1996-12-21 | 1997-12-22 | Cylinder head for internal-combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19653909A DE19653909C1 (de) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19653909C1 true DE19653909C1 (de) | 1998-04-02 |
Family
ID=7815939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19653909A Expired - Fee Related DE19653909C1 (de) | 1996-12-21 | 1996-12-21 | Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6053141A (de) |
EP (1) | EP0849463B1 (de) |
DE (1) | DE19653909C1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005020228A1 (de) * | 2005-04-30 | 2006-11-09 | Audi Ag | Einlasskanalanordnung in einem Zylinderkopf |
FR2933629A3 (fr) * | 2008-07-10 | 2010-01-15 | Renault Sas | Procede de fabrication d'une culasse comprenant un conduit d'admission semi-usine et culasse correspondante |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005037735B4 (de) * | 2005-08-05 | 2010-07-01 | Nemak Linz Gmbh | Zylinderkopf-Gussrohteil, gegossener Zylinderkopf für Diesel-Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopf-Gussrohteils |
US9103277B1 (en) | 2014-07-03 | 2015-08-11 | Daniel Sexton Gurney | Moment-cancelling 4-stroke engine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3603582C1 (de) * | 1986-02-06 | 1987-03-05 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines in einem Gussteil angeordneten Kanals |
DE19502342A1 (de) * | 1994-02-05 | 1995-08-10 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Herstellen eines Ladungswechselkanals einer Brennkraftmaschine |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5444082Y2 (de) * | 1975-06-05 | 1979-12-19 | ||
JPS53123715A (en) * | 1977-04-02 | 1978-10-28 | British Reirando Yuu Kee Ltd | Diesel engine and manufacturing system of it |
DE3307115C2 (de) * | 1983-03-01 | 1985-09-05 | Feldmühle AG, 4000 Düsseldorf | Zylinderkopf eines Kolbenmotors |
US4508066A (en) * | 1983-12-27 | 1985-04-02 | Ford Motor Company | Ceramic head for internal combustion engine |
JPS62157265A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-13 | Honda Motor Co Ltd | シリンダ−ヘツドの製造方法 |
IT1196870B (it) * | 1986-12-23 | 1988-11-25 | Fiat Auto Spa | Procedimento per l'ottenimento di una sede valvola |
DE3706192A1 (de) * | 1987-02-26 | 1988-09-08 | Motoren Werke Mannheim Ag | Drallsichel im einlasskanal einer brennkraftmaschine |
DE4040948C1 (en) * | 1990-12-20 | 1992-02-20 | Audi Ag, 8070 Ingolstadt, De | Curved gas transfer port in IC engine - incorporates groove in outer side of curve adjacent to valve seating ring |
JPH10110650A (ja) * | 1996-10-03 | 1998-04-28 | Nissan Diesel Motor Co Ltd | 内燃機関の排気ポートの構造 |
-
1996
- 1996-12-21 DE DE19653909A patent/DE19653909C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-11-27 EP EP97120815A patent/EP0849463B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-22 US US08/996,209 patent/US6053141A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3603582C1 (de) * | 1986-02-06 | 1987-03-05 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung eines in einem Gussteil angeordneten Kanals |
DE19502342A1 (de) * | 1994-02-05 | 1995-08-10 | Volkswagen Ag | Verfahren zum Herstellen eines Ladungswechselkanals einer Brennkraftmaschine |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005020228A1 (de) * | 2005-04-30 | 2006-11-09 | Audi Ag | Einlasskanalanordnung in einem Zylinderkopf |
DE102005020228B4 (de) * | 2005-04-30 | 2014-08-14 | Audi Ag | Einlasskanalanordnung in einem Zylinderkopf |
FR2933629A3 (fr) * | 2008-07-10 | 2010-01-15 | Renault Sas | Procede de fabrication d'une culasse comprenant un conduit d'admission semi-usine et culasse correspondante |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6053141A (en) | 2000-04-25 |
EP0849463B1 (de) | 2001-10-24 |
EP0849463A1 (de) | 1998-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009059144B4 (de) | Zweitaktmotor | |
DE69902981T3 (de) | Zylinder für eine Zweitaktmaschine mit schichtgeladener Spülung | |
DE102009059143B4 (de) | Zweitaktmotor und Sandkern zur Herstellung eines Zweitaktmotors | |
DE2922058C2 (de) | Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung | |
DE102011103155B4 (de) | Verfahren zum Einstellen von Kapazitäten von Verbrennungskammern einesMehrzylindermotors, sowie ein Gussstück dafür | |
AT402326B (de) | Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine | |
EP0771941A1 (de) | Zylinderkopf für Brennkraftmaschine | |
DE19643725C2 (de) | Zylinderkopf für Mehrzylindermaschinen | |
DE19653909C1 (de) | Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen | |
DE19521347B4 (de) | Ansaugkanalstruktur und Verfahren zu dessen Detailbestimmung | |
DE1576409B1 (de) | Gegossener Zylinderkopf | |
DE3518225A1 (de) | Zylinderkopf fuer verbrennungsmotor | |
DE69806644T2 (de) | Zylinderkopf für eine verbrennungskraftmaschine | |
DE4342139C1 (de) | Einzylinder-Dieselmotor | |
DE69821891T2 (de) | Einlasskanal mit scharfkantiger Dralllippe | |
DE1916347A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Hohlkoerpern mit in Hohlraeumen emgeschlossenen gesonderten Gliedern,insbesondere zum Giessen von Ventilgehaeusen um Ventilorgane | |
DE102004028426B4 (de) | Einsatzkern und Verfahren zur Herstellung eines Zylinders für einen Verbrennungsmotor mit dem Einsatzkern | |
DE19502342A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Ladungswechselkanals einer Brennkraftmaschine | |
DE19618266A1 (de) | Zweitaktmotor mit Spülkanälen | |
DE4002442A1 (de) | Zylinderkopf fuer einen mit einem brennstoff-luftgemisch arbeitenden motor | |
EP3767082B1 (de) | Nocken für eine nockenwelle | |
EP0641927A1 (de) | Motorkolben mit einer Brennraummulde, Verfahren zu dessen Herstellung und Motor mit Kolben | |
DE2013536A1 (de) | Verfahren zum Fertigen eines durch Guß hergestellten Zylinderkopfes | |
DE102018218703A1 (de) | Zylinderkopf und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE19724607A1 (de) | Einlaßkanalordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |