WO2009000799A2 - Verfahren zur bearbeitung eines einen kühlmantel aufweisenden zylinderkopfes - Google Patents

Verfahren zur bearbeitung eines einen kühlmantel aufweisenden zylinderkopfes Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for processing a cylinder head having a cooling jacket, wherein the fire deck of the cylinder head, which is in a raw state, is machined with respect to a reference mark of the cylinder head. Furthermore, the invention relates to a cylinder block for a liquid-cooled internal combustion engine with a cylinder or of a plurality of cast cylinders cylinder group, with a cylinder, or the cylinder group surrounding liquid space, which is enclosed by an outer wall, wherein between the cylinder and the outer cylinders the cylinder group and the outer wall of the cylinder block are provided gaps through which the cooling liquid flows from one side to the other side of the cylinder or cylinder group, wherein in at least one column, a cross-section decreasing plug is arranged.
  • a cylinder block in the coolant space of which a flow-reducing plug is arranged in the region of a gap between an outer cylinder and the outer wall of the cylinder block.
  • About coolant liquid passages can pass a defined minimum amount of cooling liquid stopper.
  • the object of the invention is to avoid this disadvantage and to ensure adequate cooling, in particular the outlet side valve webs.
  • Another object of the invention is to enable targeted control of the coolant flow in the cylinder block. According to the invention this is achieved in that the position of the cooling jacket is used as a reference mark. It is preferably provided that a defined wall region of the cooling jacket is used as a reference mark.
  • the wall thickness between a wall region of the cooling jacket and the fire deck in the region of at least one valve web, preferably an outlet valve web, is used as a reference mark.
  • a targeted control of the coolant flow in the cylinder block can be achieved when the plug is arranged in a water passage to or from the cylinder head.
  • the stopper preferably has a crescent-shaped cross-section, wherein preferably the stopper is pressed against the wall of the transfer passage via at least one position tab which is preferably firmly connected to the stopper.
  • the transfer channel has a substantially oblong cross-section, wherein preferably the plug can be inserted in a form-fitting manner and only in a defined position in the overflow channel.
  • the plug can be made of plastic, aluminum or steel, such as deep-drawn sheet metal. Since a one-hundred percent seal through the plug is not required, sufficient tension between the plug and the cylinder block can avoid tensions.
  • FIGS. 1 shows a cylinder head of an internal combustion engine in cross section
  • 2 shows a cylinder block according to the invention in a plan view
  • Fig. 3 shows the detail III of Figure 2 of the cylinder block
  • Figure 4 shows the cylinder block in a section along the line IV - IV in Fig. 8.
  • Fig. 5 shows the detail V of Figure 4 of the cylinder block.
  • Fig. 6 is a cylinder head sealing surface of the cylinder block in detail in an oblique view
  • FIG. 8 shows a cylinder block according to the invention in a longitudinal section along the line VIII - VIII in Fig. 5.
  • Fig. 9 is a plug in an oblique view.
  • the cylinder head 1 shown in FIG. 1 has a cooling jacket 3 adjacent to the fire deck 2 for receiving coolant, as well as gas exchange channels 4 and 5.
  • Reference numeral 6 denotes the central receiving area for an injection device (not shown).
  • the cast raw cylinder head is subjected to a material-removing machining of the fire deck 2, wherein the machining takes place in relation to a reference mark of the cylinder head 1.
  • the cooling jacket 3 or a defined wall area 3a, 3b, 3c or the wall thickness s of the fire deck 2 in the region of at least one valve web 8 itself, for example an exhaust valve web, is used as a reference mark 7 as a reference mark 7 for machining.
  • the wall thickness s can be determined by a known non-destructive measuring method, e.g. an ultrasound or X-ray method, are determined and monitored. This makes it possible to meet much tighter tolerance specifications than before and to ensure sufficient cooling and strength of the cylinder head 1.
  • a cylinder block 101 has a group 102 of a plurality of cylinders 103 arranged in series (FIGS. 2 to 9).
  • the cylinders 103 are surrounded by a liquid space 104 of cooling liquid, the cooling liquid flowing through a lateral inlet 105 into the liquid space 104.
  • Reference numeral 101c designates the cylinder head sealing surface of the cylinder block 101.
  • gaps 107, 108 are formed, through which the cooling fluid can flow from one side 101a of the crankcase 101 to the other side 101b.
  • space 104 is provided.
  • a stopper 110 with a substantially crescent-shaped cross section is arranged in a crossing channel 109 between the cylinder block 101 and the cylinder head not shown.
  • the crossing channel 109 has a substantially pear-shaped cross-section.
  • the stopper 110 has positioning tabs 111, which press the stopper 110 with its convex outer side 110a against the concave wall 109a of the crossover channel 109.
  • the convex outer side 110a of the plug 110 in this case faces the coolant flowing in via the inlet channel 105. Due to the precisely defined cross sections of the plug 110 and the crossover channel 109, the plug 110 can be positively inserted into the crossover channel 109 in the correct position, so that a wrong installation can be excluded.
  • the cooling liquid flows through the inlet channel 105 corresponding to the arrows S in the liquid space 104 and passes through the gap 107 to the other side 101 b of the cylinder block 101, wherein the cooling liquid is passed through the plug 110 in the direction of the gap 107. Subsequently, the cylinders 103 are flowed around on a side 101b in the longitudinal direction of the cylinder block 101.
  • the coolant finally reaches the side 101a of the cylinder block 101 via the gap 108 and flows around the cylinders 103 in the longitudinal direction in the direction of the transfer passage 109.
  • the coolant is now conducted through the transfer passage 109 in the direction of the cylinder head through the stopper 110.
  • the plug 110 itself may be made of plastic or aluminum, with a defined clearance to the cylinder block 101 should be provided especially in aluminum versions to avoid temperature stresses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines einen Kühlmantel (3) aufweisenden Zylinderkopfes (1), wobei das Feuerdeck (2) des sich in einem Rohzustand befindenden Zylinderkopfes (1) materialabtragend in Bezug auf eine Referenzmarke (7) des Zylinderkopfes (1) bearbeitet wird. Um eine ausreichende Kühlung der auslassseitigen Ventilstege zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass als Referenzmarke (7) die Lage des Kühlmantels (3) verwendet wird.

Description

Verfahren zur Bearbeitung eines einen Kühlmantel aufweisenden Zylinderkopfes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines einen Kühlmantel aufweisenden Zylinderkopfes, wobei das Feuerdeck des sich in einem Rohzustand befindenden Zylinderkopfes materialabtragend in Bezug auf eine Referenzmarke des Zylinderkopfes bearbeitet wird. Weiters betrifft die Erfindung einen Zylinderblock für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylinder oder einer aus mehreren zusammengegossenen Zylindern bestehenden Zylindergruppe, mit einem den Zylinder, bzw. die Zylindergruppe umgebenden Flüssigkeitsraum, der von einer Außenwand umschlossen ist, wobei zwischen dem Zylinder bzw. den äußeren Zylindern der Zylindergruppe und der Außenwand des Zylinderblocks Spalte vorgesehen sind, durch die die Kühlflüssigkeit von einer Seite zur anderen Seite des Zylinders bzw. der Zylindergruppe strömt, wobei in zumindest einer Spalte ein den Querschnitt vermindernder Stopfen angeordnet ist.
Zur Erfüllung von vordefinierten Toleranzanforderungen für die Wandstärke zwischen Feuerdeck und Kühlmantel ist eine materialabtragende Bearbeitung des Feuerdeckes eines Zylinderkopfes erforderlich. Es ist bekannt, als Referenzmarken für die materialabtragende Bearbeitung Angussbutzen in den Gaswechselkanälen im Bereich der Ventilführungsbutzen zu verwenden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass für die Wandstärke des Feuerdeckes im Bereich der auslassseiti- gen Ventilstege relativ große Toleranzen in Kauf genommen werden müssen. Dies kann im Extremfall zu einer ungenügenden Kühlung der auslassseitigen Ventilstege führen.
Aus der DE 198 40 379 Al ist ein Zylinderblock bekannt, in dessen Kühlflüssig- keitsraum im Bereich eines Spaltes zwischen einem äußeren Zylinder und der Außenwand des Zylinderblockes ein den Strömungsquerschnitt vermindernder Stopfen angeordnet ist. Über Kühlflüssigkeitsdurchtritte kann eine definierte Mindestmenge an Kühlflüssigkeit den Stopfen passieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine ausreichende Kühlung, insbesondere der auslassseitigen Ventilstege zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine gezielte Steuerung des Kühlmittelstromes im Zylinderblock zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass als Referenzmarke die Lage des Kühlmantels verwendet wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass als Referenzmarke ein definierter Wandbereich des Kühlmantels verwendet wird.
Dadurch, dass Referenzmarken des Kühlmantels als Bezugsgrößen für die materialabtragende Bearbeitung verwendet werden, können sehr enge Toleranzbereich für die Wandstärke des Feuerdeckes im Bereich der auslassseitigen Ventilbrücken erfüllt werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn als Referenzmarke die Wandstärke zwischen einem Wandbereich des Kühlmantels und dem Feuerdeck im Bereich zumindest eines Ventilsteges, vorzugsweise eines Auslassventilsteges, verwendet wird.
Eine gezielte Steuerung des Kühlmittelstromes im Zylinderblock lässt sich erreichen, wenn der Stopfen in einem Wasserübertrittskanal zum oder vom Zylinderkopf angeordnet ist. Dadurch, dass der Stopfen in einem Übertrittskanal angeordnet ist, ist ein nachträgliches Einsetzen möglich. Der Stopfen weist vorzugsweise einen sichelförmigen Querschnitt auf, wobei vorzugsweise der Stopfen über zumindest eine vorzugsweise mit dem Stopfen fest verbundene Positionslasche gegen die Wand des Übertrittskanals gepresst wird. Um einen falschen Einbau zu vermeiden, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Übertrittskanal einen im Wesentlichen länglichen Querschnitt aufweist, wobei vorzugsweise der Stopfen formschlüssig und nur in einer definierten Lage in den Überströmkanal einsetzbar ist.
Besonders vorteilhaft für die Steuerung der Kühlflüssigkeitsströmung ist es, wenn der Stopfen im Bereich eines seitlichen Zulaufkanals für die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsraum angeordnet ist, wobei die konvexe Seite des Stopfens der zulaufenden Kühlflüssigkeit zugewandt ist.
Der Stopfen kann aus Kunststoff, aus Aluminium oder aus Stahl, etwa aus Tiefziehblech, bestehen. Da eine hundertprozentige Abdichtung durch den Stopfen nicht erforderlich ist, können durch ausreichendes Spiel zwischen dem Stopfen und dem Zylinderblock Temperaturspannungen vermieden werden.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine im Querschnitt; Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Zylinderblock in einer Draufsicht; Fig. 3 das Detail III aus Fig. 2 des Zylinderblockes; Fig. 4 den Zylinderblock in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 8;
Fig. 5 das Detail V aus Fig. 4 des Zylinderblockes;
Fig. 6 eine Zylinderkopfdichtfläche des Zylinderblockes im Detail in einer Schrägansicht;
Fig. 7 die Zylinderkopfdichtfläche in einer weiteren Schrägansicht;
Fig. 8 einen erfindungsgemäßen Zylinderblock in einem Längsschnitt gemäß der Linie VIII - VIII in Fig. 5; und
Fig. 9 einen Stopfen in einer Schrägansicht.
Der in Fig. 1 gezeigte Zylinderkopf 1 weist einen an das Feuerdeck 2 grenzenden Kühlmantel 3 zur Aufnahme von Kühlflüssigkeit, sowie Gaswechselkanäle 4 und 5 auf. Mit Bezugszeichen 6 ist der zentrale Aufnahmebereich für eine nicht weiter dargestellte Einspritzeinrichtung bezeichnet.
Um vordefinierte Toleranzanforderungen für die Wandstärke s des Feuerdecks 2 zu erfüllen, wird der gegossene Rohzylinderkopf einer materialabtragenden Bearbeitung des Feuerdecks 2 unterworfen, wobei die Bearbeitung in Bezug zu einer Referenzmarke des Zylinderkopfes 1 erfolgt.
Gemäß dem vorliegenden Vorschlag wird als Referenzmarke 7 für die Bearbeitung der Kühlmantel 3 oder ein definierter Wandbereich 3a, 3b, 3c oder die Wandstärke s des Feuerdecks 2 im Bereich zumindest eines Ventilstegs 8 selbst, zum Beispiel eines Auslassventilstegs, als Referenzmarke 7 verwendet. Die Wandstärke s kann dabei mit einem bekannten zerstörungsfreien Messverfahren, z.B. einem Ultraschall- oder Röntgenverfahren, ermittelt und überwacht werden. Dies ermöglicht es, viel engere Toleranzvorgaben als bisher zu erfüllen und eine ausreichende Kühlung und Festigkeit des Zylinderkopfes 1 zu gewährleisten.
Ein Zylinderblock 101 weist eine Gruppe 102 von mehreren in Reihe angeordneten Zylindern 103 auf (Fig. 2 bis Fig. 9). Die Zylinder 103 sind von einem Flüssigkeitsraum 104 von Kühlflüssigkeit umgeben, wobei die Kühlflüssigkeit über einen seitlichen Zulauf 105 in den Flüssigkeitsraum 104 einströmt. Mit Bezugszeichen 101c ist die Zylinderkopfdichtfläche des Zylinderblocks 101 bezeichnet. Zwischen den äußeren Zylindern 103 und der Außenwand 106 des Zylinderblockes 101 sind Spalte 107, 108 ausgebildet, über welche die Kühlflüssigkeit von einer Seite 101a des Kurbelgehäuses 101 zur anderen Seite 101b strömen kann. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen den einzelnen Zylindern 103 keine Strömungsverbindung zwischen den beiden Seiten 101a, 101b des Flüssigkeits- raumes 104 vorgesehen. Unmittelbar im Bereich des Zuflusses 105 ist in einem Übertrittskanal 109 zwischen dem Zylinderblock 101 und dem nicht weiter dargestellten Zylinderkopf ein Stopfen 110 mit im Wesentlichten sichelförmigem Querschnitt angeordnet. Der Übertrittskanal 109 weist einen im Wesentlichen birnenförmigen Querschnitt auf. Um eine lagerichtige Positionierung des Stopfens 110 im Übertrittskanal 109 zu gewährleisten, weist der Stopfen 110 Positionierlaschen 111 auf, welche den Stopfen 110 mit seiner konvexen Außenseite 110a gegen die konkave Wand 109a des Übertrittskanals 109 drücken. Die konvexe Außenseite 110a des Stopfens 110 ist dabei der über den Zulaufkanal 105 zuströmenden Kühlflüssigkeit zugewandt. Durch die genau definierten Querschnitte des Stopfens 110 und des Übertrittskanals 109 kann der Stopfen 110 formschlüssig in den Übertrittskanal 109 lagerichtig eingeschoben werden, so dass ein verkehrter Einbau ausgeschlossen werden kann.
Die Kühlflüssigkeit strömt durch den Zulaufkanal 105 entsprechend den Pfeilen S in den Flüssigkeitsraum 104 und gelangt durch den Spalt 107 zur anderen Seite 101b des Zylinderblocks 101, wobei die Kühlflüssigkeit durch den Stopfen 110 in Richtung des Spaltes 107 geleitet wird. Daraufhin werden die Zylinder 103 an einer Seite 101b in Längsrichtung des Zylinderblocks 101 umströmt.
Über den Spalt 108 gelangt die Kühlflüssigkeit schließlich auf die Seite 101a des Zylinderblocks 101 und umströmt die Zylinder 103 in Längsrichtung in Richtung zum Übertrittskanal 109. Durch den Stopfen 110 wird die Kühlflüssigkeit nun durch den Übertrittskanal 109 in Richtung des Zylinderkopfs geleitet.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist eine totale Abdichtung des Flüssigkeitsraumes 104 durch den Stopfen 110 weder vorgesehen, noch erwünscht, so dass über definierte Leckagen 112 eine Kurzschlussströmung L von geringen Flüssigkeitsmengen möglich ist.
Der Stopfen 110 selbst kann aus Kunststoff oder aus Aluminium bestehen, wobei insbesondere bei Aluminiumausführungen zur Vermeidung von Temperaturspannungen ein definiertes Spiel zum Zylinderblock 101 vorgesehen sein sollte.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bearbeitung eines einen Kühlmantel (3) aufweisenden Zylinderkopfes (1), wobei das Feuerdeck (2) des sich in einem Rohzustand befindenden Zylinderkopfes (1) materialabtragend in Bezug auf eine Referenzmarke (7) des Zylinderkopfes (1) bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmarke (7) die Lage des Kühlmantels (3) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmarke (7) ein definierter Wandbereich (3a, 3b) des Kühlmantels (3) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzmarke (7) die Wandstärke (s) zwischen einem Wandbereich (3c) des Kühlmantels (3) und dem Feuerdeck (2) im Bereich zumindest eines Ventilsteges (8), vorzugsweise eines Auslassventilsteges, verwendet wird.
4. Zylinderblock (101) für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine mit einem Zylinder oder einer aus mehreren zusammengegossenen Zylindern (103) bestehenden Zylindergruppe (102), mit einem den Zylinder, bzw. die Zylindergruppe (102) umgebenden Flüssigkeitsraum (104), der von einer Außenwand (106) umschlossen ist, wobei zwischen dem Zylinder, bzw. den äußeren Zylindern (103) der Zylindergruppe (102) und der Außenwand (106) des Zylinderblocks (101) Spalte (107, 108) vorgesehen sind, durch die die Kühlflüssigkeit von einer Seite zur anderen Seite des Zylinders, bzw. der Zylindergruppe (102) strömt, wobei in zumindest einer Spalte (107, 108) ein den Querschnitt vermindernder Stopfen (110) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) in einem Wasserübertrittskanal (109) zum oder vom Zylinderkopf angeordnet ist.
5. Zylinderblock (101) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) im Wesentlichen einen sichelförmigen Querschnitt aufweist.
6. Zylinderblock (101) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) über zumindest eine vorzugsweise mit dem Stopfen (110) fest verbundene Positionslasche gegen die Wand des Übertrittskanals (109) gepresst wird.
7. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) im Bereich eines seitlichen Zulaufkanals (105) für die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsraum (104) angeordnet ist, wo- bei die konvexe Seite des Stopfens (110) der zulaufenden Kühlflüssigkeit zugewandt ist.
8. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) aus Kunststoff besteht.
9. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) aus Aluminium besteht.
10. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen aus Stahl, vorzugsweise aus Stahlblech, besteht.
11. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertrittskanal (109) einen im Wesentlichen länglichen Querschnitt aufweist.
12. Zylinderblock (101) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (110) formschlüssig und nur in einer definierten Lage in den Überströmkanal (109) einsetzbar ist.
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