Untersuchung urformbedingter Fertigungsabweichung und Entwicklung von dreidimensionalen Bauteilmerkmalen bei Zylinderköpfen von Ottomotoren

Zusammenfassung

Gegossene Motorenbauteile erfahren immer engere Toleranzanforderungen bei gleichzeitig komplexerer Gusskonstruktion. Die teilweise unzugänglichen Geometrien werden zur Qualitätssicherung u. a. anhand relevanter Bauteilmerkmale geprüft. Die Lageprüfung misst die Ist-Position eines Merkmals in einer räumlichen Dimension. Informationen über die Ausrichtung und Geometrie des Brennraums können durch die eingesetzten Messverfahren nicht abgeleitet werden. Ein Einsatz dreidimensionaler Messverfahren, z. B. eine Bildgebung durch Computertomographie, können zusätzlich die räumliche Bauteilposition sowie die Bauteilgeometrie erfassen. Daraus sind weitere Messdaten ableitbar, die der Erhöhung der Prozesssicherheit und der Bauteilqualität dienen und die Bauteilqualität innerhalb einer gesamten Bauteilcharge erhöhen.

Das thermodynamische System „PKW-Ottomotor“ ist derart komplex, dass der Einfluss einzelner Bauteile ohne eine systematische Betrachtung nicht abschätzbar ist. Der Zylinderkopf begrenzt einerseits den Arbeitsraum durch das Brennraumdach, andererseits hat der Zylinderkopf durch die Geometrie der Einlasskanäle einen signifikanten Einfluss auf die Ladungsbewegung, insbesondere zu Beginn der Einlassströmung. Aufgrund der hohen Anforderungen moderner Ottomotoren mit Tumble-Brennverfahren gepaart mit einem Miller-Betrieb in der Teillast, variabler Steuerzeiten etc., ist die Gemischbildung für einen effizienten Betrieb von Bedeutung. Die Gemischbildung bei luft- und wandgeführten Brennverfahren hängt von den Komponenten Luftführung und Einspritzung ab. Aus der Sicht der Zylinderkopffertigung ist die Gemischbildungskomponente Luftführung ein elementarer Entwicklungsansatz, um eine effiziente und nachhaltige Bauteilfertigung umzusetzen und gleichzeitig die Bauteileigenschaften sicherzustellen. Daraus kann die Fragestellung abgeleitet werden, welchen Einfluss z. B. unterschiedlich große Maßtoleranzen in der Brennraumgröße auf den Motorbetrieb haben.