EP1912754B1 - Zylinderkopf-gussrohteil, gegossener zylinderkopf für diesel-verbrennungsmotoren und verfahren zur herstellung eines zylinderkopf-gussrohteils - Google Patents

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EP1912754B1
EP1912754B1 EP06792513A EP06792513A EP1912754B1 EP 1912754 B1 EP1912754 B1 EP 1912754B1 EP 06792513 A EP06792513 A EP 06792513A EP 06792513 A EP06792513 A EP 06792513A EP 1912754 B1 EP1912754 B1 EP 1912754B1
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EP
European Patent Office
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sealing surface
cylinder head
combustion chamber
casting
region
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Rolf Gosch
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Nemak Linz GmbH
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Nemak Linz GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor
    • B22D15/02—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor of cylinders, pistons, bearing shells or like thin-walled objects
    • 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
    • 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
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/38—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling the cylinder heads being of overhead valve type
    • 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
    • F02F2001/249—Cylinder heads with flame plate, e.g. insert in the cylinder head used as a thermal insulation between cylinder head and combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/4927—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head Gussrohteil for producing a cylinder head for diesel-fueled internal combustion engines, with a finished machined state for mounting on a corresponding sealing surface of an engine block certain sealing surface which is formed on a sealing surface portion of the cylinder head Gussrohteils whose thickness in the cast state Has machining allowance with respect to its nominal thickness obtained after a machining machining of the sealing surface, and comprises a combustion chamber area which is assigned to a molded-in combustion chamber in the engine block.
  • the invention further relates to a molten cylinder cast cylinder head for diesel-fueled internal combustion engines, comprising a machined sealing surface for mounting on a corresponding sealing surface of an engine block, comprising a combustion chamber portion associated with a combustion chamber formed in the engine block.
  • the invention also encompasses a method for casting a cylinder head casting blank, in which a molten metal, in particular a light metal melt, is poured into a casting mold, which comprises a mold cavity depicting the cylinder head casting blank, which has a boundary surface forming a sealing surface on the cylinder head casting blank and in which after casting, solidification and molding of the cylinder head Gussrohteils the sealing surface is machined by means of a machining by in the region of the sealing surface casting material is removed over a thickness to a finished for mounting on a corresponding sealing surface of an engine block To produce sealing surface.
  • a molten metal in particular a light metal melt
  • the combustion chamber In cylinder heads for diesel internal combustion engines, especially in direct injection engines, the combustion chamber has no dome-shaped geometry, as is usually provided for cylinder heads for gasoline engines, but is level incorporated in the equally flat sealing surface, with the diesel cylinder head in the assembled state at its associated sealing surface of the respective engine block is present.
  • the combustion chamber region of the cylinder head is in this way in the sealing plane to the engine block.
  • Such a cylinder head blank is in the DE10014591 C1 shown.
  • a machining allowance is usually pre-cast in the cylinder head casting blank, which is scraped off during finishing of the cylinder head.
  • the abraded in the course of finishing provided as a processing allowance additional thickness of the sealing surface bearing portion of Cylinder head blank usually 2 mm to 3 mm. The cutting removal of this thickness makes it possible to produce the sealing surface with the required flatness with high precision.
  • the combustion chamber area of the cylinder head is subjected to the highest stress due to the high pressures and high temperatures occurring in diesel engines.
  • This load leads in particular in cylinder heads cast from light metal alloys on the valve seats and valve webs, which are usually incorporated into their combustion chamber areas, to an increased susceptibility to cracking.
  • This vulnerability is particularly problematic in view of the desire for even more resilient cylinder heads, which is levied on the part of the manufacturer and user of diesel engines with regard to the highest possible power yield.
  • the load capacity of the valve seats can be improved in the region of the combustion chamber, for example by pouring elements made of higher-strength metals.
  • the effort associated with the pouring of the valve seats and the measures required for their sufficiently strong integration into the light metal of the cylinder head cause additional manufacturing expense. The same applies to the possibility of strength and To increase elongation properties of the combustion chamber area by a subsequent heat treatment.
  • the invention has the object to provide a readily producible Cylinder Head Gussrohteil from which can be easily produced a cylinder head for diesel engines with optimized load capacity.
  • a suitably trained, in particular made of a light metal alloy, casting technology with subsequent machining finishing cylinder head for diesel engines should be specified, which also withstands the increased demands on the strength of such cylinder heads permanently.
  • the invention should also provide a method suitable for producing such cylinder heads.
  • this object has been achieved on the basis of a cast cylinder raw part of the type specified above, that the processing allowance of the sealing surface portion in the combustion chamber region of the sealing surface is at most 15% of the excess of the sealing surface portion in the remaining area of the sealing surface in such Gussrohteil.
  • the invention is based on the finding that the static and dynamic properties of the combustion chamber area encompassed by the sealing surface of the cylinder head to be produced are decisively influenced by the formation of the cast structure.
  • the structural fineness which depends essentially on the solidification rate, is of particular importance in this case.
  • the solidification is directed by heat extraction through the mold and runs at the contact surface between the mold and in the mold filled melt fastest.
  • the thickness of the machining allowance present in the combustion chamber area By proposing to limit the thickness of the machining allowance present in the combustion chamber area to a minimum, it is now achieved that the rapidly solidified cast structure which is near the surface of the combustion chamber also follows the unavoidable machining on the surface of the surface required for producing the required flatness of the sealing surface Combustion area not removed, but preserved.
  • the mechanical properties are correspondingly good there, compared with the areas of the cast cylinder head which are further in the interior and slower in the solidification.
  • the combustion chamber area thus retains the beststarrte structure and can therefore be charged higher for longer life.
  • the solution of the above-stated object accordingly is that the cylinder head according to the invention in the combustion chamber adjacent to the surface of a fine, rapidly solidified cast structure, while in the field of stepless in the Combustion chamber merging sealing surface adjacent to the free surface coarser cast structure is present.
  • the boundary surface of the casting mold comprises an elevation which forms a combustion chamber region in the sealing surface of the cylinder head casting blank.
  • the elevation has a surface extending essentially parallel to the boundary surface, which is arranged at a distance from the sealing surface which is at least 85% of the thickness of the material removed from the sealing surface in the course of the chip-removing finish machining.
  • the combustion chamber area formed in the sealing surface of the cylinder head is already produced close to the exhaust gas of the cylinder head so that in the combustion chamber area at the unavoidable after machining for the production of their flatness machining the sealing surface only a minimal Material removal takes place. In this way, a rapidly solidified cast structure of fine structure is retained in the combustion chamber area of the finished cylinder head covered by the sealing surface.
  • the property improvements achieved according to the invention can be further optimized by minimizing the machining allowance in the combustion chamber region of the sealing surface. Accordingly, advantageous embodiments of the Invention to restrict the machining allowance in the combustion chamber area to at most 10%, in particular 7% and more preferably at most 4% of the excess of the sealing surface portion in the remaining region of the sealing surface.
  • the excess thickness in the combustion chamber for example, in the range of 0.1 mm to 0.2 mm, while in the remaining, the combustion chamber area comprehensive sealing surface in a conventional manner may continue to be 2 mm to 3 mm ,
  • the cylinder head casting blank 1 has, at its lower side in the assembly position, a sealing surface 2 which extends over the entire width and length of the cylinder head casting blank 1.
  • a sealing surface 2 which extends over the entire width and length of the cylinder head casting blank 1.
  • the sealing surface 2 is formed substantially flat.
  • the sealing surface 2 comprises a combustion chamber region 3, which is assigned to a combustion chamber of an engine block, not shown here.
  • a valve seat 4 for an intake valve, not shown, and a valve seat 5 are formed for an exhaust valve, also not shown.
  • cooling channels 6, 7 are formed in the cylinder head casting blank 1, the connecting openings of which open out to the combustion chamber region 3 for connection to corresponding channels of the engine block in the sealing surface 2.
  • the sealing surface 2 is carried with the combustion chamber region by a sealing surface section 8 extending over the width and length of the cylinder head casting green part 1. This in the region between the parallel to the sealing surface 2 extending portions of the cooling channels 6,7 and the sealing surface 2 existing sealing surface portion 8 is referred to in the jargon as "combustion chamber deck”.
  • the thickness D of the sealing surface section 8 in the raw raw state is thicker by a machining allowance D z2 than the nominal thickness D n of the sealing surface section 8 in the finished, in Fig. 3 illustrated state.
  • the machining allowance D z2 is for example 2 mm.
  • the sealing surface section 8 in the combustion chamber region 3 is only slightly thicker than the prescribed nominal thickness Dn in the finished state. So is the cylinder head casting raw part 1, the machining allowance D z3 in the combustion chamber area 3 is only 0.1 mm, ie 5% of the machining allowance D z2 .
  • a casting mold 100 For casting the cylinder head casting blank 1, a casting mold 100 is provided, which surrounds a casting mold cavity 104 with its side walls 101, 102 and its bottom 103. Casting cores 105 serve to image the valve seats 4, 5 and the cooling channels 6 and 7, respectively, of the cylinder head casting blank 1.
  • a plane boundary surface 106 assigned to the casting cavity 104 is formed on the bottom 103 of the casting mold 100.
  • This has in its combustion chamber region 3 of the cylinder head Gussrohteils 1 associated portion a survey 107, whose outer contour corresponds to the shape of the combustion chamber region 3.
  • the survey 107 has at its free top a flat surface 108, parallel to the Boundary surface 106 is aligned.
  • the height H, in which the surface 108 is arranged above the boundary surface 106, is 95% of the machining allowance D z2 to be applied to the cylinder head casting blank 1 in the region of the sealing surface 2, in the present case 1.9 mm.
  • the thick machining allowance D z2 in the area of the sealing surface 2 and the machining allowance D z3 in the combustion chamber area 3 are removed by a cutting milling process, so that a flat sealing surface F is formed on the finished cylinder head Z, which is infinitely variable goes over her covered, equally flat combustion chamber region R.
  • the material removal in the area of the sealing surface 2 is so great that only the relatively coarse cast structure is present on the free surface of the finished sealing surface F.
  • the combustion chamber region R of the finished cylinder head Z there is still the fine cast structure produced by the rapid near-surface solidification due to the much smaller material removal there. This ensures that in the combustion chamber region R of the finished cylinder head Z increased strength and improved elongation values are present.
  • the combustion chamber region R and the comprehensive sealing surface F of the cylinder head Z are in the same sealing plane.
  • the combustion chamber region R covers the combustion chamber of the engine block assigned to it.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zylinderkopf-Gussrohteil zur Herstellung eines Zylinderkopfes für mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungsmotoren, mit einer im fertig bearbeiteten Zustand zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks bestimmten Dichtfläche, die an einem Dichtflächenabschnitt des Zylinderkopf-Gussrohteils ausgebildet ist, dessen Dicke im Gusszustand eine Bearbeitungszugabe gegenüber seiner nach einer spanabhebenden Fertigbearbeitung der Dichtfläche erhaltenen Nenndicke aufweist, und einen Brennraumbereich umfasst, der einem in dem Motorblock eingeformten Brennraum zugeordnet ist.
  • Des Weiteren behandelt die Erfindung einen aus einer Metallschmelze gegossenen Zylinderkopf für mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungsmotoren, mit einer zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks bestimmten, durch spanabhebende Fertigbearbeitung erzeugten Dichtfläche, die einen Brennraumbereich umfasst, der einem in dem Motorblock eingeformten Brennraum zugeordnet ist.
  • Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Gießen eines Zylinderkopf-Gussrohteils, bei dem eine Metallschmelze, insbesondere eine Leichtmetallschmelze, in eine Gießform gegossen wird, die einen das Zylinderkopf-Gussrohteil abbildenden Formhohlraum umfasst, der eine an dem Zylinderkopf-Gussrohteil eine Dichtfläche abbildende Begrenzungsfläche aufweist, und bei dem nach dem Abguss, Erstarren und Ausformen des Zylinderkopf-Gussrohteils die Dichtfläche mittels einer spanabhebenden Bearbeitung fertig bearbeitet wird, indem im Bereich der Dichtfläche Gussmaterial über eine Dicke abgenommen wird, um eine zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks fertig bearbeitete Dichtfläche zu erzeugen.
  • Bei Zylinderköpfen für Dieselverbrennungsmotoren, insbesondere bei Direkteinspritzmotoren, hat der Brennraumbereich keine kalottenförmige Geometrie, wie sie bei Zylinderköpfen für Benzinmotoren üblicherweise vorgesehen ist, sondern ist planeben in die ebenso plane Dichtfläche eingearbeitet, mit der der Diesel-Zylinderkopf im montierten Zustand an der ihm zugeordneten Dichtfläche des jeweiligen Motorblocks anliegt. Der Brennraumbereich des Zylinderkopfs liegt auf diese Weise in der Dichtebene zum Motorblock.
    Ein derartiges Zylinderkopf-Rohteil wird in der DE100 14 591 C1 gezeigt.
  • Um die Dichtfläche mit der für einen dauerhaft sicher dichten Sitz erforderlichen Genauigkeit fertigen zu können, wird beim Zylinderkopf-Gussrohteil üblicherweise eine Bearbeitungszugabe vorgegossen, welche bei der Fertigbearbeitung des Zylinderkopfes abgespant wird. In der Praxis beträgt die im Zuge der Fertigbearbeitung abgetragene, als Bearbeitungszugabe vorgesehene zusätzliche Dicke des die Dichtfläche tragenden Abschnitts des Zylinderkopf-Rohteils üblicherweise 2 mm bis 3 mm. Der spanabhebende Abtrag dieser Dicke ermöglicht es, die Dichtfläche mit der erforderlichen Planebenheit hochgenau herzustellen.
  • Im praktischen Einsatz ist der Brennraumbereich des Zylinderkopfs aufgrund der bei Dieselmotoren auftretenden hohen Drücke und hohen Temperaturen am stärksten beansprucht. Diese Belastung führt insbesondere bei aus Leichtmetalllegierungen gegossenen Zylinderköpfen an den üblicherweise in ihre Brennraumbereiche eingearbeiteten Ventilsitzen und Ventilstegen zu einer erhöhten Rissanfälligkeit. Diese Anfälligkeit ist insbesondere unter Berücksichtigung dem Wunsch nach noch höher belastbaren Zylinderköpfen problematisch, der seitens der Hersteller und Verwender von Dieselmotoren im Hinblick auf eine möglichst hohe Leistungsausbeute erhoben wird.
  • Gerade dann, wenn die Zylinderköpfe aus einem Leichtmetallwerkstoff, beispielsweise einer AluminiumLegierung, hergestellt werden sollen, können diese Forderungen bisher nur mit erheblichem legierungstechnischen, konstruktiven oder verfahrenstechnischen Aufwand erfüllt werden. So kann die Belastbarkeit der Ventilsitze im Bereich des Brennraums beispielsweise durch Eingießen von aus höher belastbaren Metallen hergestellten Elementen verbessert werden. Der mit dem Eingießen der Ventilsitze verbundene Aufwand und die für ihre ausreichend feste Einbindung in das Leichtmetall des Zylinderkopfes erforderlichen Maßnahmen verursachen jedoch einen zusätzlichen fertigungstechnischen Aufwand. Gleiches gilt für die Möglichkeit, die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Brennraumbereichs durch eine nachträgliche Wärmebehandlung zu erhöhen.
  • Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein auf einfache Weise erzeugbares Zylinderkopf-Gussrohteil zu schaffen, aus dem sich auf einfache Weise ein Zylinderkopf für Dieselmotoren mit optimierter Belastbarkeit herstellen lässt. Ebenso sollte ein entsprechend ausgebildeter, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, gießtechnisch mit anschließender spanender Nachbearbeitung hergestellter Zylinderkopf für Dieselmotoren angegeben werden, der auch den gestiegenen Anforderungen an die Belastbarkeit derartiger Zylinderköpfe dauerhaft standhält. Schließlich sollte die Erfindung auch ein zur Herstellung derartiger Zylinderköpfe geeignetes Verfahren zur Verfügung stellen.
  • In Bezug auf das Gussrohteil ist diese Aufgabe ausgehend von einem Zylinderkopf-Gussrohteil der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst worden, dass bei einem solchen Gussrohteil erfindungsgemäß die Bearbeitungszugabe des Dichtflächenabschnitts im Brennraumbereich der Dichtfläche höchstens 15 % des Übermaßes des Dichtflächenabschnitts im übrigen Bereich der Dichtfläche beträgt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die statischen und dynamischen Eigenschaften des von der Dichtfläche des zu erzeugenden Zylinderkopfes umfassten Brennraumbereiches maßgeblich durch die Ausbildung des Gussgefüges beeinflusst werden. Der wesentlich von der Erstarrungsgeschwindigkeit abhängenden Gefügefeinheit kommt dabei eine besondere Bedeutung zu.
  • Beim Abgießen der Leichtmetallschmelze wird die Erstarrung durch Wärmeentzug über die Gießform gelenkt und läuft an der Kontaktfläche zwischen Gießform und in die Gießform gefüllter Schmelze am schnellsten ab. Indem die Erfindung vorschlägt, die Dicke der im Brennraumbereich vorhandenen Bearbeitungszugabe auf ein Minimum zu beschränken, wird nun erreicht, dass das im Brennraumbereich oberflächennah vorhandene, schnell erstarrte Gussgefüge auch nach der für die Herstellung der erforderlichen Planheit der Dichtfläche unvermeidbaren spanabhebenden Bearbeitung an der Oberfläche des Brennraumbereichs nicht abgetragen, sondern erhalten bleibt. Entsprechend gut sind dort die mechanischen Eigenschaften, verglichen mit den weiter im Inneren gelegenen, langsamer erstarrten Bereichen des gegossenen Zylinderkopfes. Der Brennraumbereich behält also das besterstarrte Gefüge und kann somit bei längerer Lebensdauer höher belastet werden.
  • Hinsichtlich eines mit den eingangs angegebenen Merkmalen ausgestatteten Zylinderkopfes für mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungsmotoren besteht die Lösung der voranstehend angegebenen Aufgabe dementsprechend darin, dass der Zylinderkopf erfindungsgemäß in dem Brennraumbereich angrenzend an dessen Oberfläche ein feines, schnell erstarrtes Gussgefüge aufweist, während im Bereich der stufenlos in den Brennraumbereich übergehenden Dichtfläche angrenzend an deren freie Oberfläche gröberes Gussgefüge vorhanden ist.
  • Schließlich sieht die erfindungsgemäße Lösung der oben angegebenen Aufgabe in Bezug auf ein Verfahren der eingangs angegebenen Art vor, dass die Begrenzungsfläche der Gießform eine Erhebung umfasst, die in der Dichtfläche des Zylinderkopf-Gussrohteils einen Brennraumbereich einformt, in dem die Erhebung eine sich im Wesentlichen parallel zur Begrenzungsfläche erstreckende Oberfläche aufweist, die in einem Abstand zur Dichtfläche angeordnet ist, der mindestens 85 % der Dicke des im Zuge der spanabhebenden Fertigbearbeitung von der Dichtfläche abgetragen Materials beträgt.
  • Den verschiedenen Verkörperungen der Erfindung gemeinsam ist, dass der in die Dichtfläche des Zylinderkopfes eingeformte Brennraumbereich schon beim Abgießen des Zylinderkopfes so endabmessungsnah erzeugt wird, dass im Brennraumbereich bei der nach dem Guss für die Herstellung ihrer Planheit unvermeidbaren spanabhebenden Bearbeitung der Dichtfläche allenfalls nur noch ein minimaler Materialabtrag erfolgt. Auf diese Weise bleibt im von der Dichtfläche umfassten Brennraumbereich des fertig bearbeiteten Zylinderkopfes ein schnell erstarrtes Gussgefüge von feiner Struktur erhalten.
  • Praktische Untersuchungen haben ergeben, dass die in erfindungsgemäßer Weise gestalteten und hergestellten Zylinderköpfe in ihrem jeweiligen Brennraumbereich Zugfestigkeiten aufweisen, die um 5 % bis 15 % höher sind als die Zugfestigkeiten von konventionell ausgebildeten und bearbeiteten, aus denselben Gusslegierungen erzeugten Zylinderköpfen. Zudem haben diese Untersuchungen eine gegenüber den konventionellen Zylinderköpfen um 15 % bis 25 % erhöhte Dehnbarkeit der erfindungsgemäßen Zylinderköpfe ergeben.
  • Die erfindungsgemäß erzielten Eigenschaftsverbesserungen lassen sich durch eine Minimierung der Bearbeitungszugabe im Brennraumbereich der Dichtfläche weiter optimieren. Dementsprechend sehen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung vor, die Bearbeitungszugabe im Brennraumbereich auf höchstens 10 %, insbesondere 7 % und weiter bevorzugt höchstens 4 % des Übermaßes des Dichtflächenabschnitts im übrigen Bereich der Dichtfläche zu beschränken. So liegt bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderkopf-Gussrohteil das Übermaß der Dicke im Brennraumbereich beispielsweise im Bereich von 0,1 mm bis 0,2 mm, während es in der übrigen, den Brennraumbereich umfassenden Dichtfläche in konventioneller Weise weiterhin 2 mm bis 3 mm betragen kann.
  • Nachfolgend wird Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt eines aus einer konventionellen Aluminiumgusslegierung gegossenen Zylinderkopf-Gussrohteils im Querschnitt;
    Fig. 2
    einen Ausschnitt einer Gießform zum Gießen des in Fig. 1 dargestellten Zylinder-Gussrohteils im Querschnitt;
    Fig. 3
    einen Ausschnitt eines aus dem in Fig. 1 gezeigten Zylinderkopf-Gussrohteil fertig bearbeiteten Zylinderkopfes im Querschnitt.
  • Das Zylinderkopf-Gussrohteil 1 weist an seiner in Montagestellung unteren Seite eine Dichtfläche 2 auf, die sich über die gesamte Breite und Länge des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 erstreckt. Schon im in Fig. 1 dargestellten, unbearbeiteten Gussrohzustand ist die Dichtfläche 2 im Wesentlichen planeben ausgebildet.
  • Die Dichtfläche 2 umfasst einen Brennraumbereich 3, der einem Brennraum eines hier nicht dargestellten Motorblocks zugeordnet ist. In den Brennraumbereich 3 sind ein Ventilsitz 4 für ein nicht dargestelltes Einlassventil und ein Ventilsitz 5 für ein ebenso nicht dargestelltes Auslassventil eingeformt. Zusätzlich sind in das Zylinderkopf-Gussrohteil 1 Kühlkanäle 6,7 eingeformt, deren Verbindungsöffnung zum Anschluss an entsprechende Kanäle des Motorblocks in der Dichtfläche 2 beabstandet zum Brennraumbereich 3 münden.
  • Die Dichtfläche 2 wird mit dem Brennraumbereich von einem sich über die Breite und Länge des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 erstreckenden Dichtflächenabschnitts 8 getragen. Dieser im Bereich zwischen den sich parallel zur Dichtfläche 2 verlaufenden Abschnitten der Kühlkanäle 6,7 und der Dichtfläche 2 vorhandene Dichtflächenabschnitt 8 wird in der Fachsprache auch als "Brennraumdeck" bezeichnet.
  • Im Bereich der Dichtfläche 2 ist die Dicke D des Dichtflächenabschnitts 8 im Gussrohzustand um eine Bearbeitungszugabe Dz2 dicker als die Nenndicke Dn des Dichtflächenabschnitts 8 im fertig bearbeiteten, in Fig. 3 dargestellten Zustand. In der Praxis beträgt die Bearbeitungszugabe Dz2 beispielsweise 2 mm.
  • Im Gegensatz zum Bereich der Dichtfläche 2 ist der Dichtflächenabschnitt 8 im Brennraumbereich 3 nur geringfügig dicker als die vorgeschriebene Nenndicke Dn im fertig bearbeiteten Zustand. So beträgt beim Zylinderkopf-Gussrohteil 1 die Bearbeitungszugabe Dz3 im Brennraumbereich 3 nur 0,1 mm, also 5 % der Bearbeitungszugabe Dz2.
  • In Folge der minimierten Dicke der Bearbeitungszugabe Dz3 weist das Zylinderkopf-Gussrohteil 1 im Brennraumbereich 3 ausgehend von dessen freier Oberfläche über eine Tiefe T ein in Folge der dort schnell vorangeschrittenen Erstarrung feines Gussgefüge auf, das bis in den Bereich der Nenndicke Dn des fertig bearbeiteten Zylinderkopfes Z hineinreicht. Im Bereich der Dichtfläche 2 ist im Bereich der Nenndicke Dn dagegen nur ein relativ grobes Gefüge vorhanden, da dort aufgrund des durch die größere Bearbeitungszugabe Dz2 größeren Abstands zur freien Oberfläche der Dichtfläche 2 das Aluminium-Gussmaterial langsamer erstarrt ist als in den oberflächennahen Bereichen.
  • Zum Gießen des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 ist eine Gießform 100 vorgesehen, die mit ihren Seitenwänden 101,102 und ihrem Boden 103 einen Gießformhohlraum 104 umgibt. Gießkerne 105 dienen dabei zum Abbilden der Ventilsitze 4,5 und der Kühlkanäle 6 bzw. 7 des Zylinderkopf-Gussrohteils 1.
  • Um einerseits die Dichtfläche 2 und andererseits den in die Dichtfläche 2 des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 eingeformten Brennraumbereich 3 zu erzeugen, ist am Boden 103 der Gießform 100 eine dem Gießformhohlraum 104 zugeordnete, plane Begrenzungsfläche 106 ausgebildet. Diese weist in ihrem dem Brennraumbereich 3 des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 zugeordneten Abschnitt eine Erhebung 107 auf, deren Außenkontur der Form des Brennraumbereichs 3 entspricht. Die Erhebung 107 besitzt dabei an ihrer freien Oberseite eine plane Oberfläche 108, die parallel zur Begrenzungsfläche 106 ausgerichtet ist. Die Höhe H, in der die Oberfläche 108 oberhalb der Begrenzungsfläche 106 angeordnet ist, beträgt dabei 95 % der im Bereich der Dichtfläche 2 an das Zylinderkopf-Gussrohteil 1 anzugießenden Bearbeitungszugabe Dz2, im vorliegenden Fall also 1,9 mm.
  • Bei der Fertigbearbeitung des Zylinderkopf-Gussrohteils 1 werden die dicke Bearbeitungszugabe Dz2 im Bereich der Dichtfläche 2 und die Bearbeitungszugabe Dz3 im Brennraumbereich 3 durch eine spanabhebende Fräsbearbeitung abgetragen, so dass am fertig bearbeiteten Zylinderkopf Z eine planebene Dichtfläche F gebildet ist, die stufenlos in den von ihr umfassten, ebenso planebenen Brennraumbereich R übergeht. Der Materialabtrag im Bereich der Dichtfläche 2 ist dabei so groß, dass an der freien Oberfläche der fertig bearbeiteten Dichtfläche F nur noch das relativ grobe Gussgefüge vorhanden ist. Demgegenüber ist im Brennraumbereich R des fertig bearbeiteten Zylinderkopfes Z aufgrund des dort sehr viel geringeren Materialabtrags noch das feine, durch die schnelle oberflächennahe Erstarrung entstandene Gussgefüge vorhanden. Dieses stellt sicher, dass im Brennraumbereich R des fertig bearbeiteten Zylinderkopfes Z eine erhöhte Festigkeit und verbesserte Dehnwerte vorliegen.
  • Nach der Montage des fertig bearbeiteten Zylinderkopfes Z an der ihm zugeordneten Dichtfläche des hier nicht gezeigten Motorblocks liegen der Brennraumbereich R und die ihn umfassende Dichtfläche F des Zylinderkopfes Z in derselben Dichtebene. Der Brennraumbereich R deckt dabei den ihm zugeordneten Brennraum des Motorblocks ab.
    • BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Zylinderkopf-Gussrohteil
    2
    Dichtfläche des Zylinderkopf-Gussrohteils
    3
    Brennraumbereich
    4,5
    Ventilsitze
    6,7
    Kühlkanäle
    8
    Dichtflächenabschnitt des Zylinderkopf-Gussrohteils 1
    100
    Gießform
    101,102
    Seitenwände
    103
    Boden der Gießform 100
    104
    Gießformhohlraum
    105
    Gießkerne
    106
    Begrenzungsfläche
    107
    Erhebung
    108
    Oberfläche der Erhebung 107
    D
    Dicke des Dichtflächenabschnitts 8
    Dn
    Nenndicke des Dichtflächenabschnitts 8 im fertig bearbeiteten Zustand
    Dz2
    Bearbeitungszugabe
    Dz3
    Bearbeitungszugabe im Brennraumbereich 3
    H
    Höhe, in der die Oberfläche 107 oberhalb der Begrenzungsfläche 105 angeordnet ist
    F
    Dichtfläche des Zylinderkopfes Z
    R
    Brennraumbereich des Zylinderkopfes Z
    T
    Tiefe, über die ein feines, schnell erstarrtes Gefüge vorliegt
    Z
    fertig bearbeiteter Zylinderkopf

Claims (12)

  1. Zylinderkopf-Gussrohteil zur Herstellung eines Zylinderkopfes für mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungsmotoren, mit einer im fertig bearbeiteten Zustand zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks bestimmten Dichtfläche (2), die an einem Dichtflächenabschnitt (8) des Zylinderkopf-Gussrohteils (1) ausgebildet ist, dessen Dicke (D) im Gusszustand eine Bearbeitungszugabe (Dz2) gegenüber seiner nach einer spanabhebenden Fertigbearbeitung der Dichtfläche (2) erhaltenen Nenndicke (Dn) aufweist, und einen Brennraumbereich (3) umfasst, der einem in dem Motorblock eingeformten Brennraum zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszugabe (Dz3) des Dichtflächenabschnitts (8) im Brennraumbereich (3) der Dichtfläche (2) höchstens 15 % der Bearbeitungszugabe (Dz2) des Dichtflächenabschnitts (8) im übrigen Bereich der Dichtfläche beträgt.
  2. Zylinderkopf-Gussrohteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszugabe (Dz3) des Dichtflächenabschnitts (8) im Brennraumbereich (8) höchstens 10 % der Bearbeitungszugabe (Dz2) des Dichtflächenabschnitts (8) im übrigen Bereich der Dichtfläche (2) beträgt.
  3. Zylinderkopf-Gussrohteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszugabe (Dz3) des Dichtflächenabschnitts (8) im Brennraumbereich (8) höchstens 7 % der Bearbeitungszugabe (Dz2) des Dichtflächenabschnitts (8) im übrigen Bereich der Dichtfläche (2) beträgt.
  4. Zylinderkopf-Gussrohteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungszugabe (Dz3) des Dichtflächenabschnitts (8) im Brennraumbereich (8) höchstens 4 % der Bearbeitungszugabe (Dz2) des Dichtflächenabschnitts (8) im übrigen Bereich der Dichtfläche (2) beträgt.
  5. Zylinderkopf-Gussrohteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (2) und der Brennraumbereich (3) im Wesentlichen plan ausgebildet sind.
  6. Zylinderkopf-Gussrohteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennraumbereich (3) mindestens ein Ventilsitz (4,5) ausgebildet ist.
  7. Zylinderkopf-Gussrohteil nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere einer Aluminiumlegierung, gegossen ist.
  8. Zylinderkopf, gegossen aus einer Metallschmelze, insbesondere einer Leichtmetallschmelze, für mit Dieselkraftstoff betriebene Verbrennungsmotoren, mit einer zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks bestimmten, durch spanabhebende Fertigbearbeitung erzeugten Dichtfläche (F), die einen Brennraumbereich (R) umfasst, der einem in dem Motorblock eingeformten Brennraum zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (Z) in dem Brennraumbereich (R) angrenzend an dessen Oberfläche ein feines, schnell erstarrtes Gussgefüge aufweist, während im Bereich der stufenlos in den Brennraumbereich (R) übergehenden Dichtfläche (F) angrenzend an deren freie Oberfläche gröberes Gussgefüge vorhanden ist.
  9. Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (F) und der Brennraumbereich (R) plan ausgebildet sind.
  10. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den Brennraumbereich (R) mindestens ein Ventilsitz (4,5) eingeformt ist.
  11. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Leichtmetallschmelze, insbesondere einer Aluminiumschmelze, besteht.
  12. Verfahren zum Gießen eines Zylinderkopf-Gussrohteils (1), bei dem eine Metallschmelze, insbesondere eine Leichtmetallschmelze, in eine Gießform (100) gegossen wird, die einen das Zylinderkopf-Gussrohteil (1) abbildenden Formhohlraum (104) umfasst, der eine an dem Zylinderkopf-Gussrohteil (1) eine Dichtfläche (2) abbildende Begrenzungsfläche (106) aufweist, und bei dem nach dem Abguss, Erstarren und Ausformen des Zylinderkopf-Gussrohteils (1) die Dichtfläche (2) mittels einer spanabhebenden Bearbeitung fertig bearbeitet wird, indem im Bereich der Dichtfläche (2) Gussmaterial über eine Dicke abgenommen wird, um eine zur Montage an einer korrespondierenden Dichtfläche eines Motorblocks fertig bearbeitete Dichtfläche (F) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (106) der Gießform eine Erhebung (107) umfasst, die in der Dichtfläche (2) des Zylinderkopf-Gussrohteils (1) einen Brennraumbereich (3) einformt, indem die Erhebung (107) eine sich im Wesentlichen parallel zur Begrenzungsfläche (106) erstreckende Oberfläche (108) aufweist, die in einem Abstand (H) zur Dichtfläche angeordnet ist, der mindestens 85 % der Dicke (Dz2) des im Zuge der spanabhebenden Fertigbearbeitung von der Dichtfläche (2) abgetragen Materials beträgt.
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