-
Die
Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Zylinderkopf eines
Verbrennungsmotors, insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden eines
Kühlwasserkanals
an einem durch ein Gießverfahren
hergestellten Zylinderkopf.
-
Nach
dem Stand der Technik ist ein Diesel- oder Benzinmotor mit Direkteinspritzung
und mittiger Düsenanordnung
bekannt, der eine Kraftstoff-Einspritzdüse in einer annähernd mit
dem mittleren Abschnitt einer Öffnung
eines Zylinderkopfs übereinstimmenden
Lage aufweist, oder ein Benzinmotor mit mittiger Zündkerzenanordnung,
der eine Zündkerze in
einer jeweils annähernd
mit dem mittleren Abschnitt einer Öffnung eines Zylinderkopfs übereinstimmenden
Lage aufweist, wobei diese Motoren jeweils zwei direkt angetriebene
Einlaßventile
und Auslaßventile
sowie am Zylinderkopf vier von diesen vier Ventilen geöffnete und
geschlossene Einlaß-
und Auslaßöffnungen
aufweisen.
-
Bei
einem derartigen Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik wurde
ein Gehäuseabschnitt,
der eine Montageöffnung
für einen
Einspritzdüsenhalter
oder eine Montageöffnung
für eine
Zündkerze
bildet, als Ventilkörper
zur Kraftstoffeinspritzung einstückig
an einem durch Gießen
hergestellten Zylinderkopf ausgebildet.
-
Ein
derartiger Zylinderkopfaufbau nach dem Stand der Technik verursacht
jedoch einige Probleme, die im folgenden am Beispiel des Zylinderkopfaufbaus
eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung und mittiger Düsenanordnung
erläutert
werden sollen.
-
Bei
diesem Motor ist der Gehäuseabschnitt zum
Einbau des Einspritzdüsenhalters
einstückig
mit dem Zylinderkopf ausgebildet. Das bedeutet, daß die äußere Umfangsfläche des
Gehäuseabschnitts
und die einstückig
mit dem Zylinderkopf geformte Öffnungswand
teilweise miteinander verbunden sein müssen.
-
Es
ist daher sehr schwierig, zwischen der äußeren Umfangsfläche des
Gehäuseabschnitts
und der Öffnungswand, insbesondere
der Öffnungswand der
Auslaßöffnung,
einen Kühlwasserkanal
auszubilden, ganz zu schweigen von einem ausreichend großen Kühlwasserkanal
um den Einspritzdüsenhalter und
um die Öffnungswand,
insbesondere die Auslaßöffnungswand.
-
Außerdem erfordert
das Formen eines ausreichend großen Kühlwasserkanals um den Einspritzdüsenhalter
und die Öffnungswand
eine Verkleinerung der Öffnung,
was zu einer geringeren Motorleistung führt.
-
Aus
diesem Grund teilte man nach dem Stand der Technik den beim Gießen verwendeten Formkern
für den
Kühlwassermantel
in zwei Teile, ein Oberteil und ein Unterteil, um einen ausreichend
großen
Kühlwasserkanal
um die Öffnungswand
und um den Einspritzdüsenhalter
herum zu erzeugen.
-
Ein
solches Verfahren ist jedoch nicht nur aufgrund seiner niedrigen
Produktivität
problematisch, sondern auch aufgrund der Gratbildung an dem Zylinderkopfbereich,
der von der entsprechenden Fläche
des unteren und des oberen Formkerns für den Kühlwassermantel erzeugt wird,
was einen Nachbearbeitungsschritt zur Gratentfernung erforderlich
macht.
-
Beim
Benzinmotor mit Direkteinspritzung und mittiger Düsenanordnung
oder beim Benzinmotor mit mittiger Zündkerzenanordnung sind die
Probleme die gleichen wie eben für
den Dieselmotor mit Direkteinspritzung und mittiger Düsenanordnung
beschrieben.
-
In
der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungs-Nr.
6-304696 ist eine Formungsvorrichtung für eine Kernform für den Kühlwassermantel
des Zylinderkopfs eines Verbrennungsmotors offenbart, und in der
ungeprüften
japanischen Patentanmeldung mit
der Veröffentlichungs-Nr.
8-276243 ist ein Kern einer Zylinderkopf-Gießform offenbart.
Beide Druckschriften betreffen Herstellungsverfahren für einen
Zylinderkopf nach dem Stand der Technik, doch keine von ihnen offenbart
eine Lösung
der beschriebenen Probleme beim Stand der Technik.
-
Die
WO 97/14879 A1 und
DE 74 42 817 U1 beschreiben
jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfs für einen
Verbrennungsmotor, wobei ein Kühlwasserkanal
zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen
und einem Ventilsitz des Zylinderkopfes ausgebildet ist und geteilte
Formkerne verwendet werden.
-
Mit
der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für einen Zylinderkopf eines
Verbrennungsmotors mit einem Aufbau geschaffen, bei dem ein Befestigungsvorsprung
für eine
Kraftstoff-Einspritzdüse
oder für
eine Zündkerze
einstückig
mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist, und im Zylinderkopf mindestens
zwei Auslaßventile
(Einlaßventile)
eines jeden Zylinders parallel zueinander annähernd in senkrechter Richtung
zur Mittelachse einer Kurbelwelle angeordnet sind, wodurch die Produktivität erhöht und das
Formen des Kühlwasserkanals
erleichtert wird.
-
Dies
wird erfindungsgemäß erreicht
durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfs für einen
Verbrennungsmotor nach den Merkmalen aus dem Patentanspruch.
-
Erfindungsgemäß sind der
Formkern für
die Auslaßöffnung bzw.
der Formkern für
die Einlaßöffnung im
rechten Winkel zur Längsachse
des Zylinders in den Formkern für
den Kühlwassermantel
einsetzbar, wodurch zwischen dem Halsabschnitt der Auslaßöffnung bzw.
der Einlaßöffnung und
dem Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse oder
der Zündkerze
ein Kühlwasserkanal
ausgebildet wird.
-
Die
Erfindung ermöglicht
bei einem Verbrennungsmotor mit gegossenem Zylinderkopf und einstückig mit
dem Zylinderkopf ausgebildetem Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse einen kostengünstigen
Herstellungprozeß mit
erhöhter
Produktivität
sowie ein verbessertes Kühlvermögen und eine
längere
Lebensdauer des Motors, was auf die einfache Ausbildung des Kühlwasserkanals
um den Befestigungsabschnitt der Kraftstoff-Einspritzdüse zurückzuführen ist.
-
Von
Vorteil ist insbesondere die einfache Ausformbarkeit des erfindungsgemäß zwischen
dem Halsabschnitt der Auslaßöffnung und
dem Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse oder
der Zündkerze
ausgebildeten Kühlwasserkanals,
da Auslaßöffnungen
einer höheren
thermischen Belastung ausgesetzt sind als Einlaßöffnungen.
-
Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
vereinfachte Draufsicht eines Teils des Formkerns für ein Herstellungsverfahren
für einen
Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach einer Ausführungsform
der Erfindung,
-
2 eine
Draufsicht des Zylinderkopfs aus 1, und
-
3 einen
Schnitt entlang der Linie A-A aus 2.
-
Mit
Bezug auf die Zeichnung wird ein Herstellungsverfahren für einen
Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung erläutert.
-
2 ist
eine Draufsicht auf einen Teil eines Gießkerns, wobei ein Zylinderkopf-Herstellungsverfahren
für einen
Direkteinspritz-Dieselmotor mit mittiger Einspritzdüsenanordnung
als dem in der Erfindung verwendeten Verbrennungsmotor gezeigt wird. 3 ist
ein Schnitt entlang der Linie A-A aus 2.
-
Entsprechend
der Zeichnungen weist ein durch ein Gießverfahren hergestellter Zylinderkopf 11 jeweils
zwei direkt angetriebene Einlaßventile
und Auslaßventile
(nicht dargestellt) auf, und am Zylinderkopf 11 sind vier
von den vier Ventilen geöffnete und
geschlossene Öffnungen
(Einlaßöffnungen 12 und 13,
und Auslaßöffnungen 14A und 14B)
ausgebildet.
-
Die
beiden Einlaßventile
und die beiden Auslaßventile
für jeden
Zylinder sind jeweils parallel zueinander annähernd senkrecht zur Mittelachse
einer Kurbelwelle angeordnet.
-
Die
beiden Einlaßöffnungen 12 und 13 sind mit
einem in der Zeichnung nicht dargestellten Einlaßkrümmer verbunden, indem sie zu
einer Seitenfläche
des Zylinderkopfs 11 hin öffnen.
-
Die
beiden Auslaßöffnungen 14A und 14B sind
als eine einzige Auslaßöffnung 14 ausgebildet, in
der sich der Gasstrom aus einem Halsabschnitt der Öffnung 14A mit
dem Gasstrom aus einem Halsabschnitt der Öffnung 14B beim Ausströmen vereint, und
die mit einem nicht dargestellten Auslaßkrümmer verbunden ist, indem sie
zur anderen Seitenfläche des
Zylinderkopfs 11 hin öffnet.
-
Weiterhin
ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Kraftstoff-Einspritzdüse annähernd senkrecht
zur Mittelachse der Zylinderbohrung eines jeden Zylinders des Zylinderkopfs 11 befestigt.
Ein Befestigungsvorsprung 15 der Kraftstoff-Einspritzdüse wird
beim Gießen
einstückig
mit dem Zylinderkopf 11 ausgebildet.
-
Zwischen
den Halsabschnitten der Auslaßöffnungen 14A, 14B und
dem Befestigungsvorsprung 15 der Kraftstoff-Einspritzdüse ist jeweils
ein Kühlwasserkanal 16 ausgebildet.
-
In 2 bezeichnen
die Bezugszeichen 19 und 20 jeweils die Formkerne
für die
Einlaßöffnungen nach
der Ausführungsform.
-
Wird
beim Gießen
des Zylinderkopfs 11 ein Formkern für die Auslaßöffnung in den Formkern für den Kühlwassermantel
im rechten Winkel zur Längsachse
des Zylinders eingesetzt, erweist sich das Ausbilden eines Kühlwasserkanals
zwischen dem Halsabschnitt der Auslaßöffnung und dem Befestigungsvorsprung
der Kraftstoff-Einspritzdüse als schwierig (der
Abschnitt, in dem der Kühlwasserkanal
ausgebildet werden soll, wird aufgrund der Einsetzrichtung des Formkerns
für die Öffnung am
unteren Halsabschnitt der Öffnung
sehr schmal).
-
Aus
diesem Grund wird beim erfindungsgemäßen Zylinderkopf-Herstellungsverfahren
bezugnehmend auf 1:
- (1)
ein beim Gießen
verwendeter Formkern 17 für die Auslaßöffnung so ausgebildet, daß ein Abschnitt 17a der
Umfangsfläche
eines Endabschnitts 17A eines Formabschnitts für die Auslaßöffnung 14B an
dem einen Ende des Formkerns 17 für die Auslaßöffnung unter Formen einer ebenen
Oberfläche
geschliffen wird, so daß der
Endabschnitt 17A des Formabschnitts der Auslaßöffnung 14B an
dem einen Ende des Formkerns 17 für die Auslaßöffnung an einem Formabschnitt 18A des
Befestigungsvorsprungs für
die Kraftstoff-Einspritzdüse
in einem Formkern für
den Kühlwassermantel 18 vorbeiführt, wenn der
Formkern 17 für
die Auslaßöffnung in
den Formkern für
den Kühlwassermantel
eingesetzt wird, wobei 1 die Einsetzrichtung des Formkerns 17 der
Auslaßöffnung in
Bezug auf den Formkern 18 des Kühlwassermantels zeigt, und
- (2) nach dem Gießen
der ebene Oberflächenabschnitt,
der an einem inneren Umfangsflächenabschnitt
der Auslaßöffnung 14B von
dem Formabschnitt der Auslaßöffnung 14B an
dem einen Ende des Formkerns 17 für die Auslaßöffnung gebildet wird, unter
Formen einer gekrümmten
Oberflächenform
geschliffen, wie in 1 und 2 mit dem
schraffierten Abschnitt 17b dargestellt.
-
Aufgrund
dieser Vorgehensweise ist der Formkern 17 für die Auslaßöffnung im
rechten Winkel zur Zylinderlängsachse
in den Formkern für
den Kühlwassermantel 18 einsetzbar,
wodurch die Kühlwasserkanal 16 jeweils
zwischen dem Halsabschnitt der Auslaßöffnungen 14A, 14B und
dem Befestigungsvorsprung 15 der Kraftstoff-Einspritzdüse ausgebildet
wird.
-
Wie
bereits erläutert
ist eine einfache Ausbildung des Kühlwasserkanals zwischen dem
jeweiligen Halsabschnitt der Auslaßöffnungen 14A, 14B und
dem Befestigungsvorsprung 15 der Kraftstoff-Einspritzdüse nur mittels
dieser Geometrieverbesserung am Formkern 17 für die Auslaßöffnung realisierbar.
Auf diese Weise muß keine
Verkleinerung der Auslaßöffnungen 14A und 14B vorgenommen werden,
und die Leistung des Motors wird nicht beeinträchtigt.
-
Mit
dem Verfahren ist auch das im Stand der Technik bei Verwendung einer
zweigeteilten Gießform
mit Ober- und Unterteil zum Ausformen eines Kühlwasserkanals um den Einspritzdüsenhalter
und die Öffnungswand
auftretende Problem vermeidbar (Entstehung eines Grats an der am
Ober- und Unterteil der Gießform
ausgebildeten Zylinderkopffläche, der
in einem aufwendigen Verfahren entfernt werden muß).
-
Das
unter (2) offenbarte Schleifverfahren ist gleichzeitig mit der Bearbeitung
des Ventilsitzes ausführbar.
Es sind also keine zusätzlichen
Verfahrensschritte erforderlich, die zu einem Produktivitätsverlust
führen
würden.
-
Da
die Einlaßöffnungen 12 und 13 einer
geringeren thermischen Belastung ausgesetzt sind als die Auslaßöffnungen 14A und 14B,
besteht keine Notwendigkeit zur Ausbildung eines Kühlwassermantels
an deren oberem Abschnitt. Genauso wie an den Auslaßöffnungen 14A und 14B läßt sich
jedoch auch jeweils zwischen dem Halsabschnitt der Einlaßöffnung und
dem Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse ein Kühlwasserkanal
ausbilden.
-
Die
beiden Einlaßventile
jedes Zylinders werden dafür
parallel zueinander senkrecht zur Mittelachse der Kurbelwelle angeordnet,
und in der Seitenwand des Zylinderkopfs wird eine Öffnung ausgebildet,
so daß die
beiden Einlaßöffnungen
als eine einzige Einlaßöffnung ausgebildet
sind, in der sich die aus dem Halsabschnitt jeder Öffnung ausströmenden Gase
zu einem einzigen Gasstrom vereinen, wobei ein Kühlwasserkanal jeweils zwischen dem Halsabschnitt
der beiden Einlaßöffnungen
und dem Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse ausgebildet
wird.
-
Dann
wird wie beim Formkern für
die Auslaßöffnung ein
Umfangsflächenabschnitt
an einem Endabschnitt eines Formabschnitts für die Einlaßöffnung an dem einen Ende des
Formkerns für
die Einlaßöffnung unter
Formen einer ebenen Oberfläche geschliffen,
so daß der
Endabschnitt des Formabschnitts für die Einlaßöffnung an dem einen Ende des
Formkerns für
die Einlaßöffnung an
einem Formabschnitt für
den Befestigungsvorsprung der Kraftstoff-Einspritzdüse in einem
Formkern für
den Kühlwassermantel
vorbeiführt,
wenn der Formkern für
die Einlaßöffnung beim
Gießen
in den Formkern für
den Kühlwassermantel
eingesetzt wird. Nach dem Gießen
wird der ebene Oberflächenabschnitt,
der an einem inneren Umfangsflächenabschnitt
der vom Formabschnitt für
die Einlaßöffnung an
dem einen Ende des Formkerns für
die Einlaßöffnung gebildeten Einlaßöffnung ausgebildet
ist, unter Formen einer gekrümmten
Oberfläche
geschliffen.
-
Die
obige Ausführungsform
der Erfindung wurde am Anwendungsbeispiel eines Dieselmotors mit
Direkteinspritzung und mittiger Einspritzdüsenanordnung erläutert. Die
Erfindung ist jedoch ebenso bei einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung
und mittiger Einspritzdüsenanordnung
anwendbar.
-
Darüber hinaus
ist die Erfindung auch bei einem Benzinmotor mit mittiger Zündkerzenanordnung anwendbar,
bei dem die Zündkerze
jeweils in einer annähernd
dem Mittelabschnitt der Zylinderkopföffnung entsprechenden Lage
angebracht ist.
-
In
diesem Fall wird die Zündkerze
annähernd senkrecht
zur Mittelachse der Zylinderbohrung eines jeden Zylinders im Zylinderkopf 11 befestigt,
der Befestigungsvorsprung der Zündkerze
wird beim Gießen einstückig
mit dem Zylinderkopf 11 ausgebildet, und der Kühlwasserkanal 16 läßt sich
jeweils zwischen dem Halsabschnitt der Auslaßöffnungen 14A, 14B und
dem Befestigungsvorsprung der Zündkerze ausbilden.