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TECHNISCHES GEBIET
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Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich auf ein Auslassventil in einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors.
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HINTERGRUND
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Motorauslassventile weisen Ventilschaftführungen auf, die oftmals bündig mit einer Wand eines Motorauslasskanals vorgesehen sind. Die Führung ist den eine hohe Temperatur aufweisenden Abgasen ausgesetzt und kann Abnutzungsprobleme, Verzug und reduzierte mechanische Eigenschaften aufgrund einer hohen Temperatur der Führung aufweisen. Verschiedene Methoden sind zur Reduzierung der Abnutzung von Auslassventilführungen durch Steuern der Auslassventil- oder Ventilführungstemperatur verwendet worden und umfassen: die Materialauswahl für Führung und Schaft, die Steuerung des Ventil-Schaft-Abstands, die Positionierung eines Kühlmantels neben der Führung oder die allgemeine Verwendung eines Kühlmantels zur Reduzierung eines Verzugs des gesamten Zylinderkopfs.
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KURZDARSTELLUNG
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Bei einer Ausführungsform ist ein Motor mit einem Zylinderkopf versehen, der eine Auslassventilführungsbohrung mit einer Seitenwand und einer Endwand und einen Auslassventilschaftdurchgang, der sich zwischen einem Auslasskanal und der Endwand der Bohrung erstreckt, definiert. Ein Durchmesser des Durchgangs beträgt weniger als ein Durchmesser der Bohrung. Der Motor weist eine in der Bohrung positionierte und von der Endwand beabstandete Abgasventilführung auf.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Zylinderkopf mit einem Abgasventilführungsschutz versehen, der sich zwischen einem Auslasskanal und einer Bohrung erstreckt, die dahingehend dimensioniert ist, eine Ventilführung aufzunehmen. Der Schutz erstreckt sich von einer durchgängigen Seitenwand der Bohrung zur Bildung eines Ventilschaftdurchgangs radial nach innen. Eine erste Seite des Schutzes bildet einen Abschnitt einer Wand des Auslasskanals. Eine zweite Seite des Schutzes bildet eine Endwand der Bohrung. Eine Abgasventilführung ist in der Bohrung positioniert und von der Endwand beabstandet, um einen Luftspalt zu bilden, der durch ein Ende der Führung, die Endwand der Bohrung und die Seitenwand der Bohrung definiert wird.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Motors bereitgestellt. Es wird eine Ventilführungsbohrung mit einem Ventilschaftdurchgang, der sich zwischen der Bohrung und einem Auslasskanal in einen Zylinderkopf erstreckt, ausgebildet. Ein Durchmesser des Durchgangs beträgt weniger als ein Durchmesser der Bohrung, so dass eine Endwand der Bohrung den Durchgang umgibt. Eine Auslassventilführung wird in der Bohrung positioniert, wobei die Führung in einem Abstand zur Endwand der Bohrung angeordnet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, bei dem die offenbarten Ausführungsformen implementiert werden können, dar;
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2 stellt eine Schnittansicht eines Auslassventilschutzes gemäß einer Ausführungsform dar;
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3 stellt eine Schnittansicht eines Auslassventilschutzes gemäß einer weiteren Ausführungsform dar; und
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4 stellt ein Flussdiagramm zum Ausbilden eines Motors mit dem Ventilschutz gemäß 3 oder 4 dar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
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1 stellt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 20 dar. Der Motor 20 weist mehrere Zylinder 22 auf, und ein Zylinder wird dargestellt. Der Motor 20 weist eine Brennkammer 24 für jeden Zylinder 22 auf. Der Zylinder 22 wird durch Zylinderwände 32 und einen Kolben 34 gebildet. Der Kolben 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Brennkammer 24 steht mit dem Einlasskrümmer 38 und dem Auslasskrümmer 40 in Strömungsverbindung. Ein oder mehrere Einlassventile 42 steuern den Strom vom Einlasskrümmer 38 in die Brennkammer 30. Ein oder mehrere Auslassventile 44 steuern den Strom von der Brennkammer 30 zum Auslasskrümmer 40. Die Einlass- und Auslassventile 42, 44 können, wie in der Technik bekannt ist, verschiedenartig zur Steuerung des Motorbetriebs betrieben werden. Der Betrieb des Auslassventils 44 wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Ein Kraftstoffeinspritzventil 46 leitet Kraftstoff von einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24, so dass es sich bei dem Motor um einen Motor mit Direkteinspritzung handelt. Ein Niederdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem kann mit dem Motor 20 verwendet werden, oder es kann bei anderen Beispielen ein Einlasskanaleinspritzsystem verwendet werden. Ein Zündsystem umfasst eine Zündkerze 48, die dahingehend gesteuert wird, Energie in Form eines Funkens zum Entzünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer 24 bereitzustellen. Die Zündkerze 48 kann an verschiedenen Positionen in der Brennkammer 24 vorgesehen sein. Bei anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffversorgungssysteme und Zündsysteme oder -techniken verwendet werden, darunter Selbstzündung.
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Der Motor 20 umfasst eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die dazu konfiguriert sind, der Steuerung Signale zur Verwendung bei der Steuerung der Luft- und Kraftstoffzufuhr zum Motor, der Zündsteuerung, der Ventilsteuerung, der Leistungs- und Drehmomentabgabe vom Motor und dergleichen bereitzustellen. Motorsensoren können unter anderem einen Sauerstoffsensor im Auslasskrümmer 40, einen Motorkühlmitteltemperatursensor, einen Fahrpedalstellungssensor, einen Motorkrümmerdruck(MAP)-Sensor, einen Motorpositionssensor für die Position der Kurbelwelle, einen Luftmassensensor im Einlasskrümmer 38, einen Drosselklappenstellungssensor und dergleichen umfassen.
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Bei einigen Ausführungsformen wird der Motor 20 als die einzige Antriebsquelle in einem Fahrzeug, wie z. B. einem herkömmlichen Fahrzeug oder einem Stopp-Start-Fahrzeug, verwendet. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, bei dem eine zusätzliche Antriebsquelle, z. B. eine elektrische Maschine, zur Bereitstellung zusätzlicher Leistung zum Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
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Jeder Zylinder 22 kann in einem Viertaktprozess, der einen Einlasstakt, einen Verdichtungstakt, einen Zündtakt und einen Auslasstakt umfasst, betrieben werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Zweitaktprozess betrieben werden. Eine Position des Kolbens 34 am oberen Ende des Zylinders 22 ist allgemein als oberer Totpunkt (oT) bekannt. Eine Position des Kolbens 34 am unteren Ende des Zylinders ist allgemein als unterer Totpunkt (uT) bekannt.
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Während des Einlasstakts öffnet sich das Einlassventil 42 und das Auslassventil 44 schließt, während sich der Kolben 34 vom oberen Ende des Zylinders 22 zum unteren Ende des Zylinders 22 bewegt, um Luft vom Einlasskrümmer in die Brennkammer einzutragen.
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Während des Verdichtungstakts sind das Einlass- und Auslassventil 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich vom unteren Ende zum oberen Ende des Zylinders 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu komprimieren.
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Dann wird Kraftstoff in die Brennkammer 24 eingeleitet und gezündet. Bei dem gezeigten Motor 20 wird der Kraftstoff in die Kammer 24 gespritzt und wird dann unter Verwendung der Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Selbstzündung gezündet werden.
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Während des Verbrennungstakts dehnt sich das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 24 aus, wodurch eine Bewegung des Kolbens 34 vom oberen Ende des Zylinders 22 zum unteren Ende des Zylinders 22 verursacht wird. Die Bewegung des Kolbens 34 verursacht eine entsprechende Bewegung bei der Kurbelwelle 36 und stellt eine mechanische Drehmomentabgabe vom Motor 20 bereit.
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Während des Auslasstakts bleibt das Einlassventil 42 geschlossen und das Auslassventil 44 öffnet sich. Der Kolben 34 bewegt sich vom unteren Ende des Zylinders zum oberen Ende des Zylinders 22, um die Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 24 durch eine Reduzierung des Volumens der Kammer 24 zu entfernen. Die Abgase strömen von dem Verbrennungszylinder 22 zum Auslasskrümmer 40 und zu einem Nachbehandlungssystem, wie z. B. einem Katalysator.
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Die Stellungen und Steuerzeiten des Einlass- und Auslassventils 42, 44 sowie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt können für die verschiedenen Motortakte variiert werden.
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Der Motor 20 weist einen Motorzylinderblock 50 und einen Zylinderkopf 52 auf. Eine Zylinderkopfdichtung 54 ist zur Abdichtung der Zylinder 22 zwischen dem Zylinderblock 50 und dem Zylinderkopf 52 angeordnet.
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Der Zylinderkopf 52 definiert einen Abgaskanal 60. Der Abgaskanal 60 stellt einen Durchgang für Abgasstrom von jedem Zylinder 22 zum Auslasskrümmer 40 bereit. Der Abgaskanal weist einen Sitz 62 auf. Der Sitz 62 wirkt als eine Öffnung in die Brennkammer 24, die mit dem Auslassventil 44 zum Abdichten des Kanals 60 oder Verhindern von Abgasstrom in den Kanal 60 zusammenwirkt, wenn das Auslassventil 44 auf dem Sitz 62 „sitzt“.
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In der Darstellung weist der Motor 20 ein Tellerventil als das Auslassventil 44 in einer Konfiguration mit direkt oben liegender Nockenwelle auf. Der Motor und das Auslassventil 44 können, wie in der Technik bekannt ist, verschiedenartig konfiguriert sein, beispielsweise als eine einzelne oben liegende Nockenwelle, doppelte oben liegende Nockenwellen, direkte Nockenwellenbetätigung, eine Konfiguration mit oben gesteuerten Ventilen, wobei die Ventile durch Stößelstangen oder Kipphebel betrieben werden, und dergleichen. Das Ventil 44 wird gemäß der Darstellung durch die Nockenwelle mechanisch betrieben; jedoch kann das Ventil 44 in anderen Beispielen hydraulisch oder elektrisch gesteuert werden.
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Das Ventil 44 weist einen Kopf 70 auf, der mit einem Ende eines Ventilschafts 72 verbunden ist. Der Kopf 70 kann verschiedene Formen aufweisen und ist dahingehend dimensioniert, mit dem Sitz 62 zusammenzupassen, wenn sich das Ventil 44 in einer geschlossenen Stellung befindet. Der Kopf 70 erstreckt sich vom Schaft 72 radial nach außen.
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Der Schaft 72 wird durch einen Ventilmechanismus betätigt. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Ventilmechanismus eine Feder 74, die den Kopf 70 zu einer geöffneten Position hin vorspannt, wobei der Kopf 70 nicht auf dem Sitz 70 sitzt, um zu gestatten, dass Abgase von dem Zylinder 22 in den Auslasskanal 60 strömen.
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Der Ventilmechanismus umfasst des Weiteren einen Stößel 76. In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Stößel 76 um einen Tassenstößel. Der Stößel 76 weist eine mit einer Erhebung 78 an einer Nockenwelle 80 in Kontakt stehende Fläche auf. Wenn sich die Nockenwelle 80 und die Erhebung 78 drehen, wirkt die Fläche der Erhebung 78 mit dem Stößel 76 dahingehend zusammen, den Stößel 76 herunterzudrücken und den Ventilschaft 72 und den Kopf 70 in die geschlossene Stellung zu bewegen, wobei der Kopf 70 in dem Ventilsitz 62 sitzt.
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Die Erhebung 78 ist dahingehend ausgebildet und dimensioniert, die gewünschte Ventilsteuerung bereitzustellen, darunter den gewünschten Hub und die gewünschte Öffnungszeit für das Ventil 44. In anderen Beispielen wird das Ventil 44 dahingehend gesteuert, eine variable Ventilsteuerung aufzuweisen, wie in der Technik bekannt ist. Der Ventilmechanismus kann des Weiteren verschiedene Kipphebel, Stößelstangen und dergleichen umfassen, wie in der Technik bekannt ist.
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Das Ventil 44 weist des Weiteren eine Ventilführung 82 auf. Die Führung 82 ist eine zylindrische Hülse, die im Zylinderkopf vorgesehen ist und die die Position des Schafts und das Kopfs des Ventils 44 aufrechterhält. Der Ventilschaft 72 erstreckt sich durch die Hülse 82. Die Führung 82 weist eine Außenwand, die mit dem Zylinderkopf in Kontakt steht und durch diesen gestützt wird, und eine Innenwand, die den Ventilschaft 72 umgibt, auf. Zwischen der Innenwand der Führung 82 und dem Schaft 72 ist Spiel vorgesehen, so dass der Schaft leicht in der Führung geleitet, während ein Strömen von Abgasen durch die Führung verhindert wird. Die Führung 82 ist dahingehend dimensioniert, eine diametrale Abnutzung über die Nutzungsdauer des Motors hinweg zu gestatten, während Spiel zum Schaft 72 und dessen Positionierung beibehalten wird.
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Bei einem herkömmlichen Motor ist diese Führung in der Regel in den Zylinderkopf eingeführt oder darin ausgebildet, so dass das Ende der Führung mit einer Wand des Auslasskanals bündig ist. Die Führung ist herkömmlicherweise aus Stahl, Stahllegierung oder einem anderen abnutzungsbeständigen Material hergestellt.
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Das Ventil 44 weist des Weiteren verschiedene Dichtungen und andere Komponenten und Merkmale auf, die nicht dargestellt werden.
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2 stellt eine Teilschnittansicht eines Zylinderkopfs und Auslassventils gemäß einer Ausführungsform dar. Elemente, die den oben mit Bezug auf 1 beschriebenen gleich oder ähnlich sind, werden mit demselben Bezugszeichen versehen.
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Der Zylinderkopf 52 definiert eine Auslassventilführungsbohrung 100 mit einer Seitenwand 102 und einer Endwand 104. Die Führungsbohrung 100 kann als eine zylindrische Bohrung im Kopf 52 vorgesehen und im Kopf maschinell ausgearbeitet oder anderweitig ausgebildet sein. Bei einer zylindrischen Bohrung 100 ist die Seitenwand 102 eine durchgängige Wand. In dem gezeigten Beispiel weist die Bohrung 100 einen konstanten Durchmesser entlang der Länge der Bohrung auf.
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Die Führungsbohrung 100 ist neben einem Auslasskanal 60 des Motors ausgebildet, wobei die Endwand 104 von dem Kanal 60 beabstandet ist, so dass dazwischen ein Schutz 106 ausgebildet wird. Eine erste Seite des Schutzes 106 wird durch die Bohrungsendwand 104 gebildet, und eine zweite gegenüberliegende Seite des Schutzes 106 wird durch eine Wand 108 des Auslasskanals 60 gebildet.
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Ein Auslassventilschaftdurchgang 110 ist in dem Schutz 106 ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Auslasskanal 60 und der Endwand 104 der Bohrung 100. Der Durchgang 110 kann eine zylindrische Form aufweisen. Der Auslassventilschaft 72 erstreckt sich durch den Durchgang 110.
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Die Endwand 104 der Bohrung umgibt eine Peripherie des Durchgangs 110. Mit anderen Worten erstreckt sich der Schutz 106 von der Seitenwand 102 der Bohrung zur Bildung des Ventilschaftdurchgangs 110 radial nach innen.
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Die Auslassventilführung 82 ist so in der Bohrung 100 positioniert, dass ein Ende 112 der Führung 82 von der Endwand 104 beabstandet ist. Ein Luftspalt 114 ist zwischen dem Ende 112 der Führung 82 und der Endwand 104 der Bohrung ausgebildet. Der Luftspalt 114 wird das Weiteren durch einen Abschnitt der Seitenwand 102 der Bohrung begrenzt. Der Schaft 72 erstreckt sich durch den Luftspalt 114.
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Ein Durchmesser 120 des Durchgangs 110 beträgt weniger als ein Durchmesser 122 der Bohrung 100 oder ein Außendurchmesser der Führung 82. Der Durchmesser 120 des Durchgangs 110 beträgt mehr als ein Innendurchmesser der Führung 82, so dass ein größeres Spiel zwischen dem Durchgang 110 und dem Schaft 72 bereitgestellt wird.
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In einem Beispiel beträgt der Durchmesser der Bohrung und der Führung ungefähr zehn bis zwölf Millimeter. Der Durchmesser des Durchgangs beträgt ungefähr acht bis zehn Millimeter. Der Durchmesser 120 des Durchgangs ist größer als ein Durchmesser des Schafts 72, um Spiel des Schafts bezüglich des Durchgangs und ein Eintreten von Luft oder Gas in den Luftspalt zu gestatten. Das Spiel kann auf ein Mindestmaß dimensioniert sein, um das Eindringen von Verschmutzungen oder dergleichen in den Luftspalt 114 zu reduzieren. In anderen Beispielen kann der Durchmesser 120 zur Steuerung der Temperatur der Führung 82 größer als das für den Schaft 72 erforderliche Mindestspiel sein. Der Schaft kann einen Durchmesser von ungefähr fünf bis sechs Millimetern und ein Spiel von ein bis zwei Millimetern aufweisen, oder 1,5 bis 2,0 Millimeter können zwischen der Fläche des Schafts 72 und der Fläche des Durchgangs 110 vorgesehen sein.
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Eine Breite 124 des Luftspalts 114 kann weniger als eine Dicke 126 des Schutzes 106 betragen. In einem dargestellten Beispiel weist der Luftspalt 114 eine Breite von ein bis zwei Millimetern auf und kann 1,5 Millimeter betragen, während die Breite des Schutzes drei oder mehr Millimeter beträgt. Die Größe des Luftspalts kann dahingehend gewählt werden, die Temperatur der Führung 82 zu steuern. Die Größe des Schutzes kann einen Mindestwert basierend auf Herstellungs- und Motorbetriebstemperaturmaterialbeschränkungen haben. Die Größe des Schutzes kann das Weiteren dahingehend gewählt werden, die Temperatur der Führung 82 zu steuern.
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Natürlich können die Abmessungen der Motor- und Ventilkomponenten und der Beabstandung variieren.
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Die Motorabgastemperaturen im Auslasskanal können während des Motorbetriebs im Bereich von 900–1050 °C liegen. Der Schutz 106 und der Luftspalt 114 wirken dahingehend zusammen, ein Wärmedämmungs- oder -isolationsmerkmal für die Führung 82 bereitzustellen. Der Luftspalt 114 ist zwischen dem Schutz und der Führung positioniert, um einen Rückzugsbereich für die Führung bereitzustellen und eine Wärmeübertragung aufgrund einer Wärmeleitung durch die Kanalwände auf die Führung zu reduzieren. Durch das Reduzieren der während des Motorbetriebs auf die Führung 82 übertragenen Wärme und das Senken der Temperatur der Führung 82 kann eine durch die Bewegung des Schafts 72 verursachte Abnutzung im Bereich des Endes 112 der Führung reduziert werden. Wenn jedoch die Temperatur der Führung 82 zu weit gesenkt wird, kann der Schaft 72 aufgrund einer geringeren Wärmeausdehnung der Führung und Reibung eine Abnutzung auf der Innenfläche der Führung verursachen.
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Allgemein kann eine Abnutzung der Auslassventilführung 82 durch eine Reduzierung der mechanischen Eigenschaften und einen erhöhten Wärmeverzug am unteren Abschnitt neben dem Ende 112 der Führung 82, der aus einer direkten Einwirkung eines Abgasstroms im Auslasskanal 60 aus der Brennkammer, die zur Abnutzung der Auslassventilführung führt, resultiert, verschlimmert werden. Eine Abnutzung der Auslassventilführung kann zu einer Abnutzung des Ventilsitzes 62 und/oder einem Auslösen eines Motorstörungscodes in einer Fahrzeugumgebung führen.
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Durch das Bereitstellen eines Schutzes 106 für die Führung 82 ist die Führung 82 vor dem direkten Abgasstrom geschützt und arbeitet bei einer geringeren Temperatur mit reduziertem Verzug, während gleichzeitig ein Spiel zwischen der Führung 82 und dem Ventilschaft 72 beibehalten wird, höhere mechanische Eigenschaften aufrechterhalten werden und eine Abnutzung der Führung reduziert wird. In 2 wird der Schutz 106 unter Verwendung von Basismaterial im Zylinderkopf 52 bereitgestellt.
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3 stellt eine Teilschnittansicht eines Zylinderkopfes und Auslassventils gemäß einer weiteren Ausführungsform dar. Elemente, die den oben mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen gleich oder ähnlich sind, werden mit demselben Bezugszeichen versehen.
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Die Bohrung 100 ist mit einer Seitenwand ausgebildet, die sich durch den Auslasskanal 60 erstreckt. Eine Unterlegscheibe 140 oder ein anderer Einsatz ist zur Bereitstellung des Schutzes 106 in der Bohrung 100 positioniert. Die Unterlegscheibe 140 weist eine Außenwand 142 oder einen Außendurchmesser, die bzw. der zur Presspassung mit der Seitenwand 102 der Bohrung dimensioniert ist, auf. Die Unterlegscheibe 140 weist des Weiteren eine Innenwand 144 oder einen Innendurchmesser, die bzw. der den Ventilschaftdurchgang 110 bildet, auch. Die Innenwand 144 ist so dimensioniert, dass sie Spiel für den Schaft 72 und zum Eintreten von Luft oder Gas in den Luftspalt bereitstellt. Das Spiel kann auf ein Mindestmaß dimensioniert sein, um das Eindringen von Verschmutzungen oder dergleichen in den Luftspalt 114 zu reduzieren, während gleichzeitig ein größeres Spiel mit dem Ventilschaft 72 im Vergleich zu einer Innenwand der Führung beibehalten wird. In weiteren Beispielen kann die Wand 144 größer als das für den Stamm 72 erforderliche Mindestspiel zur Steuerung der Temperatur der Führung 82 ein. Der Schaft kann einen Durchmesser von ungefähr fünf bis sechs Millimetern und ein Spiel von ein bis zwei Millimetern aufweisen, oder 1,5 bis 2,0 Millimeter können zwischen der Fläche des Schafts 72 und der Fläche der Wand 144 vorgesehen sein.
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Eine erste Seite 146 der Unterlegscheibe 140 stellt die Endwand 104 der Bohrung bereit. Eine zweite gegenüberliegende Seite 148 der Unterlegscheibe 140 ist so positioniert, dass sie mit einer benachbarten Wand 108 des Auslasskanals 60 bündig ist. Obgleich die erste und die zweite Seite 146, 148 der Unterlegscheibe 140 in der Darstellung planare Flächen sind, die allgemein senkrecht zur Achse des Ventilschafts 72 ausgerichtet sind, kann eine oder können beide Seiten 146, 148 eine konturierte oder anderweitig komplexe Profilform zur weiteren Steuerung der Temperatur der Führung 82, beispielsweise eine konvexe oder konkave Form, aufweisen. Die Unterlegscheibe 140 kann des Weiteren in einem anderen Winkel zum Schaft 72 ausgerichtet sein.
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Das Ende 112 der Führung 82 ist von der Seite 146 der Unterlegscheibe 140 zur Ausbildung eines Luftspalts 114 dazwischen beabstandet. Wie oben beschrieben wird, stellt der Luftspalt 114 ein Wärmeisolationsmerkmal zur Steuerung und Beschränkung der Temperatur der Führung 82 während des Motorbetriebs bereit, indem er in Verbindung mit der Unterlegscheibe 140 als eine Wärmedämmung zwischen den Abgasen im Auslasskanal 60 und der Führung 82 wirkt.
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Die Unterlegscheibe 140 kann aus demselben Material wie der Zylinderkopf 52 ausgebildet sein. In dem vorliegenden Beispiel sind sowohl die Unterlegscheibe 140 als auch der Zylinderkopf 52 aus Aluminium oder einem Aluminiumlegierungsmaterial ausgebildet, obgleich auch andere Materialien in Betracht gezogen werden. Durch die Fertigung der Unterlegscheibe 140 und des Zylinderkopfs 52 aus demselben Material weisen diese beiden Komponenten dieselben oder im Wesentlichen dieselben Wärmeausdehnungseigenschaften auf, wodurch die Presspassung der Unterlegscheibe in der Bohrung mit ansteigenden Temperaturen während des Motorbetriebs aufrechterhalten wird. In weiteren Beispielen kann die Unterlegscheibe 140 aus einem anderen Material oder einer anderen Legierung als der Zylinderkopf 52 hergestellt sein; jedoch kann es wünschenswert sein, Materialien auszuwählen, die im Wesentlichen dieselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. In weiteren Beispielen kann die Unterlegscheibe 140 vor dem Einführen in den Zylinderkopf 52 auf einer oder beiden Seiten beschichtet oder anderweitig behandelt werden, um die Wärmeeigenschaften zu variieren, eine Abnutzung des Durchgangs 110 durch den Ventilschaft 72 zu reduzieren, usw., beispielsweise unter Verwendung einer Keramikbeschichtung oder einer anderen Beschichtung.
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4 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Ausbilden eines Zylinderkopfes gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar. Bei anderen Ausführungsformen können verschiedene Schritte des Verfahrens 200 kombiniert, neu geordnet oder weggelassen werden.
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Bei Schritt 202 wird ein Zylinderkopf ausgebildet. Der Zylinderkopf kann unter Verwendung verschiedener Prozesse ausgebildet werden, und wird in einem Beispiel unter Verwendung eines Gussprozesses aus Aluminium ausgebildet. Der Zylinderkopf kann unter Verwendung eines Druckgussprozesses, Schmelzkerngussprozesses oder dergleichen ausgebildet werden, wobei verschiedene Durchgänge, wie z. B. der Auslasskanal 60, in dem Kopf ausgebildet werden.
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Bei Schritt 204 wird die Bohrung 100 in dem Zylinderkopf 52 ausgebildet. Die Bohrung 100 kann unter Verwendung eines Maschinenbearbeitungsprozesses, wie z. B. Bohren oder Fräsen, ausgebildet werden.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform können die Bohrung 100 und der Auslassdurchgang 110 bei Schritt 204 in einem zweiteiligen Prozess maschinell herausgearbeitet oder ausgebildet werden, wobei das Verfahren dann zu Schritt 208 übergeht. Der Durchgang 110 wird mit einem kleineren Durchmesser als die Bohrung 100 ausgebildet oder maschinell herausgearbeitet. In einem Beispiel wird die Bohrung 100 als eine Grundbohrung maschinell herausgearbeitet, und der Durchgang 110 wird dann in die Endwand zwischen der Bohrung 100 und den Kanal 60 maschinell eingearbeitet. In einem weiteren Beispiel wird der Durchgang 110 zuerst durch maschinelles Herausarbeiten des Durchgangs auf eine erste Tiefe durch den Kanal 60 ausgebildet, und die Bohrung 100 wird dann auf eine zweite Tiefe, die weniger als die erste Tiefe beträgt, maschinell herausgearbeitet, um die Endwand der Bohrung auszubilden.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform kann die Bohrung 100 bei Schritt 204 maschinell herausgearbeitet oder ausgebildet werden, wobei das Verfahren dann zu Schritt 206 übergeht. Die Bohrung 100 kann dann als ein Durchgangsloch maschinell herausgearbeitet werden, so dass sie sich durch den Auslasskanal 60 erstreckt.
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Bei Schritt 206 wird bei der in 3 dargestellten Ausführungsform eine Unterlegscheibe 140 beispielsweise unter Verwendung eines Gussprozesses, eines Schmiedeprozesses, eines Maschinenbearbeitungsprozesses oder eines anderen Prozesses ausgebildet. Es ist zu beachten, dass Schritt 206 bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weggelassen wird, und somit ist Schritt 206 mit gestrichelten Linien gezeichnet.
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Bei Schritt 206 kann die Unterlegscheibe 140 unter Verwendung desselben oder eines im Wesentlichen gleichen Materials wie jenes, das zur Ausbildung des Zylinderkopfs verwendet wird, beispielsweise eines Metalls, einer Metalllegierung, von Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, ausgebildet werden. Die Unterlegscheibe 140 wird mit einem Außendurchmesser ausgebildet, der für eine Presspassung in die Bohrung 100 dimensioniert ist. Der Durchgang 110 wird durch die Unterlegscheibe hindurch ausgebildet, um eine Innenwand oder einen Innendurchmesser der Unterlegscheibe 140 bereitzustellen. Der Durchgang 110 kann zusammen mit der Unterlegscheibe oder bei einem späteren Maschinenbearbeitungsschritt ausgebildet werden. Die Unterlegscheibe wird so in die Bohrung 100 gedrückt oder anderweitig eingeführt, dass eine Seite der Unterlegscheibe im Wesentlichen bündig mit einer benachbarten Wand des Auslasskanals 60 ist und die andere Seite der Unterlegscheibe eine Endwand der Bohrung bildet.
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Es ist zu beachten, dass die Größe des Durchgangs 110, der in der Endwand der Bohrung oder der Unterlegscheibe ausgebildet ist, einen Mindestdurchmesser zur Bereitstellung des nötigen Spiels zwischen dem Ventilschaft und der Wand des Durchgangs aufweist. Der Durchmesser des Durchgangs 110 kann so dimensioniert sein, dass er größer als der Mindestdurchmesser ist, um eine Temperatur der Führung während des Motorbetriebs zu steuern. Der Durchmesser kann über der Mindestgröße gewählt oder über die Mindestgröße hinaus erhöht werden, um ein Strömen zusätzlicher Abgase in den Luftspalt und eine Steuerung der Temperatur der Führung während des Motorbetriebs zu gestatten.
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Bei Schritt 208 wird die Führung 82 in der Bohrung 100 positioniert, wobei die Führung von der Endwand der Bohrung oder der Unterlegscheibe beabstandet angeordnet wird, um einen Luftspalt zwischen dem Ende der Führung 82 und der Endwand, die durch die Bohrung oder die Unterlegscheibe bereitgestellt wird, auszubilden. Der Luftspalt wird ferner durch die durchgängige Seitenwand der Bohrung definiert. Die Führung wird so positioniert, dass sie eine gewünschte Größe des Luftspalts bereitstellt. Beispielsweise kann eine Länge des Luftspalts zwischen dem Ende der Führung und der Endwand der Bohrung zur Steuerung einer Temperatur der Führung während des Motorbetriebs dimensioniert werden.
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Bei Schritt 210 kann das Ventil 44 in den Zylinderkopf 52 eingebaut werden, beispielsweise durch Einführen des Ventilschaft durch die Führung und Befestigen der Federn, Stößel und dergleichen. Der Zylinderkopf 52 kann zur Ausbildung des Motors in einem Fahrzeug am Block befestigt werden.
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Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
