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TECHNISCHES GEBIET
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Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Schmiersystem in einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Bereitstellen des Systems.
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HINTERGRUND
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Brennkraftmaschinen haben verschiedene Komponenten, die sich zueinander bewegen. Diese Komponenten können eine Schmierung erforderlich machen, um eine Reibung und Abnutzung zwischen den Komponenten zu verringern. Der Schmierprozess kann auch mindestens eine gewisse Kühlung der Kraftmaschine und der sich drehenden Komponenten bereitstellen. Die Kraftmaschine kann interne Schmiermittelkanäle oder einen Schmiermittelkreislauf aufweisen, um Schmiermittel an verschiedene gewünschte Stellen in der Kraftmaschine zu leiten.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine Kraftmaschine mit einem Zylinderblock bereitgestellt, der durch ein Blockmaterial gebildet ist und mindestens einen Zylinder definiert. Der Block definiert einen Schmiermittelkreislauf mit Fluidkanälen, die einen Einlasskanal, einen Hauptölkanal, einen Kurbelwellenlager-Schmiermittelkanal und einen Kolbenring-Schmiermittelkanal aufweisen. Die Fluidkanäle sind durch kontinuierliche Metallwände gebildet, die mit dem Blockmaterial in Kontakt stehen und von diesem umgeben sind. Mindestens einer der Fluidkanäle ist gekrümmt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Komponente mit einem Körper bereitgestellt, der mindestens einen internen Fluidkanal definiert, der konfiguriert ist, druckbeaufschlagtes Schmiermittel an ein Drehlager zu liefern. Der Fluidkanal ist mit einer Metallwand ausgekleidet, die eine Barriere zwischen dem Fluidkanal und dem Körper bereitstellt. Die Metallwand des Fluidkanals stellt eine kontinuierliche gekrümmte Form für den Fluidkanal bereit und stellt einen stufenlosen verjüngten Abschnitt für eine Veränderung des effektiven Durchmessers des Kanals bereit.
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Gemäß noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden einer Komponente mit einem internen druckbeaufschlagten Schmiermittelkreislauf bereitgestellt. Ein Schmelzkerneinsatz wird in einem Werkzeug angeordnet und ist derart geformt, dass er einen Schmiermittelkreislauf bildet. Der Schmelzkerneinsatz weist ein Schmelzkernmaterial, das im Allgemeinen in einer kontinuierlichen Metallhülle eingekapselt ist, und mindestens einen gekrümmten Abschnitt auf. Das Material wird in dem Werkzeug bereitgestellt, um einen Körper zu bilden, der den Schmelzkerneinsatz umgibt, sodass eine Komponentenvorform gebildet wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine dar, die zur Implementierung der offenbarten Ausführungsformen konfiguriert ist;
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2 stellt einen Kraftmaschinenblock mit einem herkömmlichen Schmiermittelkreislauf dar;
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3 stellt einen Einsatz für einen Ölkreislauf in einem Kraftmaschinenblock gemäß einer Ausführungsform dar;
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4 stellt eine Teilschnittansicht des Einsatzes aus 3 dar;
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5 stellt eine Schnittansicht eines Kraftmaschinenblocks dar, der unter Verwendung des Einsatzes aus 3 gebildet wird; und
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6 stellt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden des Kraftmaschinenblocks aus 5 dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen 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 notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Deshalb sind spezifische strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart werden, nicht als beschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die verschiedenen Anwendungen der vorliegenden Offenbarung zu lehren.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 20. Die Kraftmaschine 20 weist mehrere Zylinder 22 auf, wobei ein Zylinder dargestellt ist. Die Kraftmaschine 20 weist mehrere Zylinder 22 auf, wobei ein Zylinder dargestellt ist. Die Kraftmaschine 20 kann mehrere in verschiedener Weise angeordnete Zylinder umfassen, einschließlich einer Reihenauslegung und einer V-Auslegung. Die Kraftmaschine 20 kann aus einem Metall in einem Gießprozess gebildet werden. In einem Beispiel wird die Kraftmaschine 20 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in einem Gießprozess wie einem Hochdruckgießprozess gebildet. Die Kraftmaschine kann auch aus einem Verbundmaterial in einem Gieß- oder Formprozess gebildet werden. In einem Beispiel wird die Kraftmaschine aus einem Verbundmaterial gebildet, das bis zu 50 % kohlenstofffaserverstärktes wärmegehärtetes Verbundharz enthält, wobei das Harz auf Ester basiert oder auf Polyester basiert, und kann mittels eines Hochdruck-Spritzgießprozesses gebildet werden. In anderen Beispielen kann die Kraftmaschine aus einem anderen geeigneten Material gebildet werden.
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Die Kraftmaschine 20 weist eine Brennkammer 24 auf, die jedem Zylinder 22 zugeordnet ist. 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 Fluidverbindung. Ein oder mehrere Einlassventile 42 steuern den Strom vom Einlasskrümmer 38 in die Brennkammer 24. Ein oder mehrere Auslassventile 44 steuern den Strom von der Brennkammer 24 zum Auslasskrümmer 40. Das Einlass- und Auslassventil 42, 44 können zur Steuerung des Kraftmaschinenbetriebs auf verschiedene Weisen, die in der Technik bekannt sind, betrieben werden.
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Eine Kraftstoffeinspritzdüse 46 liefert Kraftstoff aus einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24 ein, sodass die Kraftmaschine eine Kraftmaschine mit Direkteinspritzung ist. Ein Niederdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem kann mit der Kraftmaschine 20 verwendet werden, oder in anderen Beispielen kann ein Kanaleinspritzsystem 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. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffzufuhr- und Zündsysteme oder -techniken verwendet werden, einschließlich Kompressionszündung.
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Die Kraftmaschine 20 weist eine Steuerung und verschiedene Sensoren auf, die konfiguriert sind, der Steuerung Signale zur Verwendung bei der Steuerung der Luft- und Kraftstoffzufuhr zur Kraftmaschine, der Zündsteuerung, der Leistungs- und Drehmomentabgabe von der Kraftmaschine und dergleichen bereitzustellen. Kraftmaschinensensoren können unter anderem einen Sauerstoffsensor im Auslasskrümmer 40, einen Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatursensor, einen Fahrpedalstellungssensor, einen Kraftmaschinenkrümmerdruck-(MAP)-Sensor, einen Kraftmaschinenpositionssensor für die Position der Kurbelwelle, einen Luftmassensensor im Einlasskrümmer 38, einen Drosselklappenstellungssensor und dergleichen umfassen.
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Bei einigen Ausführungsformen wird die Kraftmaschine 20 als die einzige Antriebsquelle in einem Fahrzeug, wie z. B. einem herkömmlichen Fahrzeug oder einem Stopp-/Start-Fahrzeug, verwendet. In weiteren Ausführungsformen kann die Kraftmaschine in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, wo eine zusätzliche Antriebsmaschine wie z. B. eine elektrische Maschine verfügbar ist, um eine Zusatzleistung zum Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.
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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 die Kraftmaschine in einem Zweitaktprozess betrieben werden. 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. 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 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. In der dargestellten Kraftmaschine 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 von der Kraftmaschine 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 Kraftmaschinentakte variiert werden.
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Die Kraftmaschine 20 weist einen Zylinderblock 60 auf. Ein Zylinderkopf 62 ist mit dem Block 60 verbunden und wirkt mit dem Block zur Bildung der Zylinder 22 und Brennkammern 24 zusammen. Der Kopf 62 schließt die Brennkammer 24 ein und haltert auch die verschiedenen Ventile 42, 44 und die Einlass- und Auslasssysteme 38, 40. Eine Zylinderkopfdichtung 64 oder ein anderes Dichtungselement kann zwischen dem Block 60 und dem Kopf 62 angeordnet werden, um die Brennkammer 24 abzudichten.
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Die Kraftmaschine 20 ist mit einer ersten Nockenwelle 50, die dem Einlassventil 42 zugeordnet ist, und mit einem Nocken 52 dargestellt, der konfiguriert ist, das Ventil 42 zu betätigen. Die Kraftmaschine 20 weist auch eine zweite Nockenwelle 54, die dem Auslassventil 44 zugeordnet ist und einen Nocken 56 aufweist, der konfiguriert ist, das Ventil 44 zu betätigen. Die Nockenwellen 50, 54 können in dem Zylinderkopf 62 als obenliegende Doppelnockenwellen (DOHC) angeordnet sein. In alternativen Ausführungsformen kann die Kraftmaschine 20 nur eine einzige Nockenwelle zum Steuern von Ventilen für einen Zylinder, vier Nockenwellen für eine Kraftmaschine in einer V-Konfiguration usw. aufweisen. Die Nocken 52, 56 können in unterschiedlichen Winkeln zueinander ausgerichtet sein, um Einlass- und Auslassventile zu unterschiedlichen Zeiten während des Kraftmaschinenbetriebs zu öffnen und zu schließen. Zudem kann die Drehposition der Nocken 52, 56 zueinander oder die Drehposition der Nockenwellen 50, 54 zueinander für eine variable Nockensteuerung oder variable Ventilzeitsteuerung gesteuert werden.
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Die Kraftmaschine 20 weist ein Schmiersystem 70 zum Schmieren verschiedener beweglicher Komponenten der Kraftmaschine 20, zum Verringern der Reibung und Abnutzung und zum Verhindern einer Überhitzung auf. Das System 70 kann durch eine Schmiersystemsteuerung oder die Kraftmaschinensteuerung gesteuert werden. Das Schmiersystem 70 kann in die Kraftmaschine 20 integriert werden, wie unten beschrieben, mit verschiedenen Kanäle in dem Block und/oder Kopf. Schmiermittel kann von dem Zylinderblock 60 zu dem Zylinderkopf 62 oder umgekehrt strömen oder kann als Alternative unabhängig an den Block und den Kopf geleitet werden. Das Schmiersystem 70 kann Öl oder ein anderes Schmiermittel als das Arbeitsmedium enthalten. Das System 70 weist eine oder mehrere Pumpen 74, einen Ölkühler 76 oder einen anderen Wärmetauscher und einen Filter auf. Das System 70 kann auch einen Behälter 78 aufweisen. Das Schmiersystem 70 kann auch Ventile, Solenoide, Umgehungen und dergleichen aufweisen, um den Strom oder Druck von Schmiermittel zu steuern oder Schmiermittel innerhalb des Systems 70 während des Kraftmaschinenbetriebs, Anlass- oder Abschaltvorgängen zu lenken. Das Ölsystem 70 kann ein druckbeaufschlagtes System sein und kann ein Nasssumpf- oder ein Trockensumpfsystem sein.
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Das Schmiersystem 70 kann verschiedenen Oberflächen in der Kraftmaschine 20, die miteinander in Kontakt sind und sich zueinander bewegen, Schmierfluid bereitstellen. Zum Beispiel kann das Schmiersystem 70 verschiedenen Lagern, einschließlich der Hauptlager der Kurbelwelle 36, zwischen dem Kolben 34 und dem Zylinder 22, den Einlass- und Auslassventilen 42, 44 und zugehörigen Ventilsträngen, Nockenwellen usw. eine Schmierung bereitstellen. Das Schmiersystem 70 kann auch ein druckbeaufschlagtes Fluid bereitstellen, um verschiedene Systeme der Kraftmaschine 20 zu steuern, zum Beispiel Ventile, variable Nocken- oder Nockenwellensteuerungen usw. Verschiedene Abschnitte und Kanäle in dem Schmiersystem 70 können mit dem Kraftmaschinenblock und/oder dem Kopf einstückig ausgebildet sein. Fluidkanäle oder Fluidkreisläufe in dem System 70 können in dem Zylinderblock 60 angeordnet sein. Fluidkanäle in dem System 70 können ähnlich in dem Zylinderkopf 62 angeordnet sein. Das Schmiersystem 70 ist konfiguriert, bei einem minimalen Druck zu arbeiten, um den verschiedenen Kraftmaschinenkomponenten die erforderliche Schmierung und Kühlung bereitzustellen. Durch Verbessern der Strömungseigenschaften des Schmiersystems kann eine kleinere Pumpe verwendet werden und das System kann mit einer höheren Effizienz betrieben werden, sodass die Kraftmaschineneffizienz und eine damit in Zusammenhang stehende Kraftstoffökonomie erhöht werden. Die Größe, z. B. der Durchmesser eines kreisförmigen Kanals oder der effektive Durchmesser eines Kanals mit nichtkreisförmigem Querschnitt und die Länge der Kanäle wirken sich auf den Druck, die Strömungsrate und Verluste im System 70 aus. Gleichermaßen wirken sich die Form der Kanäle, z. B. die Anzahl von Windungen oder Biegungen in den Kanälen, wie eng die Windungen sind, und eine Änderung des Durchmessers auf den Druck, die Strömungsrate und Verluste in dem System 70 aus. Eine graduelle, stufenlose oder kontinuierliche Veränderung des Durchmessers führt zu geringeren Strömungsverlusten als eine diskrete oder stufenförmige Durchmesserveränderung. In ähnlicher Weise führt eine glatte, gekrümmte Biegung oder Windung zu geringeren Strömungsverlusten als eine abgewinkelte Windung oder Biegung mit einem Eckelement.
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Da Kraftmaschinengrößen zur Gewichtsreduzierung verringert werden und Raumbeschränkungen immer strenger werden, kann die Anordnung der Fluidkanäle für das Schmiersystem 70 innerhalb der Grenzen der Kraftmaschine schwieriger werden. Zudem können Verluste in dem System 70 wie Druckverluste aufgrund der Form und Struktur von Kanälen in dem System 70 auftreten, da sie scharfe Windungen aufweisen. Die vorliegende Offenbarung stellt eine Kraftmaschine 20 mit reduzierten Verlusten bereit und erfüllt gleichzeitig Überlegungen hinsichtlich des Packaging und stellt Kanäle mit komplexen Formen und Strukturen bereit.
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2 stellt einen herkömmlichen Schmiermittelkreislauf 100 in einem Zylinderblock einer Brennkraftmaschine wie der Kraftmaschine 20 dar. Der Schmiermittelkreislauf 100 weist verschiedene gerade Kanäle mit konstanten Durchmessern und Verbindungsstellen zwischen Kanälen auf, die eine Ecke wie eine rechtwinklige Biegung aufweisen.
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In einem Beispiel ist der Block 102 ein Druckgussblock, der mittels eines Hochdruckgießprozesses gebildet wird. Die Kanäle des Schmiermittelkreislaufs 100 sind gerade Kanäle, um Schmiermittel durch den Block 102 zu leiten. Die Kanäle in dem Kreislauf 100 können unter Anwendung einer Kernstift-Technik in dem Stempel oder dem Werkzeug gebildet werden, wenn der Block 102 gebildet wird. Ein Kernstift kann während des Gieß- oder Formverfahrens verwendet werden, um zusätzliche Kühlung, engere Toleranzen für das Formteil und dergleichen bereitzustellen. Der Kernstift schafft einen Leerraum in dem Formteil. Der Kernstift ist ein gerades Element und ist mit einer Entformungsschräge versehen, um den Auswurf des Teils aus dem Pin bereitzustellen. Der Kernstift kann verwendet werden, um einen Ölkanal oder -durchgang in dem Formteil bereitzustellen, da der Stift bereits einen Leerraum schafft. Der Kanal, der durch den Kernstift gebildet wird, kann nach dem Bilden des Teils maschinell bearbeitet werden, um den Kanal zu reinigen, zusätzliche Kanäle oder Strömungsverbindungsstellen hinzuzufügen und dergleichen.
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Als Alternative können die Kanäle in dem Kreislauf 100 durch maschinelles Bearbeiten z. B. Bohren der Kanäle in dem Kreislauf 100 nach der Bildung oder dem Guss des Blocks 102 gebildet werden. Eine maschinelle Bearbeitung beinhaltet die Verwendung eines Bohrers oder ähnlichen Werkzeugs, das zu einem geraden Kanal führt. Eine maschinelle Bearbeitung führt auch zu einem einzigen konstanten Durchmesser oder abgestuften Durchmessern. Eine maschinelle Bearbeitung kann die Positionen der Kanäle begrenzen, da der Block begrenzen kann, wo der Bohrer oder das Werkzeug in den Block eintritt oder durch verschiedene Bereiche des Blocks geht. Eine maschinelle Bearbeitung kann basierend auf einer Länge des Bohrers oder Werkzeugs auch eine begrenzte Bohr- oder maschinelle Bearbeitungstiefe aufweisen, und es können Probleme dahingehend auftreten, dass Kanäle nicht richtig ausgerichtet sind, falls der Block von gegenüberliegenden Seiten aus gebohrt wird, um sich in einem zentralen Bereich zur Bildung des Kanals zu treffen.
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Diese beiden Techniken führen zu einer geraden oder gefluchteten Bahn, um die Schmiermittelkanäle in dem Kreislauf 100 zu schaffen. Diese Verfahren ermöglichen keinen gekrümmten Kanal. Diese Verfahren führen auch zu zusätzlichen Rohrverschlüssen und Verschlusskappen 106 in den Enden der geraden Ölkanäle, um den Kanal abzudichten, um um eine Ecke zu biegen usw., was zu zusätzlichen Herstellungsschritten und einem erhöhten Leckagepotential führt. Wenngleich das vorliegende Beispiel als ein Kraftmaschinenblock oder Kurbelgehäuse beschrieben ist, wendet ein Zylinderkopf auch die gleichen herkömmlichen Bildungstechniken an und weist auch ähnliche Einschränkungen auf.
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Eine Kernstift-Technik wird oftmals für Kraftmaschinenausführungen mit begrenztem Bauraum verwendet. Die verwendeten eingestellten Kerne müssen überaus robust sein, um den hohen Drücken bei der Herstellung, oder Hochdruckgießen, der Kraftmaschine standzuhalten, und erfordern dickere Querschnitte, die schwer unterzubringen sind. Die Entformungsschrägen auf den Kernstiften sind von der Länge des Kernstifts abhängig, wobei dies zu einem größeren als dem gewünschten Dichtungsmerkmal an den Enden des Ölkreislaufs 100 führt. Die herkömmlichen Herstellungstechniken, die für Ölschmiermittelkreisläufe verfügbar sind, sind gerade und können für Hochdruckgussteile und für Verbundstoffteile nicht gekrümmt sein. Diese Kanäle sind aufgrund des Druckgussprozesses ebenfalls gerade.
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Der Kernstift kann aus dem Guss in der gleichen Richtung wie der Stempelzug oder kann in einer anderen Richtung im Vergleich zu dem Stempelzug, z. B. in Bezug auf den Stempelzug abgewinkelt, entnommen werden. Der Prozess kann einen oder mehrere Kernstifte für den Prozess verwenden. In einem Beispiel kann ein Kernstift ungefähr 100 cm lang sein und einen Basisdurchmesser von ungefähr 10 mm und einen Spitzendurchmesser von ungefähr 7 mm aufweisen. Eine zusätzliche Länge kann für den Kern-Pin aufgrund einer Bewegung während des Gießprozesses benötigt werden und kann für den Pin wie beschrieben ungefähr 3–5 mm betragen. In einem anderen Beispiel können/kann der/die Kernstift(e) andere Abmessungen haben, wie es für die Anordnung und Kanalgröße erforderlich ist, und kann/können einen Durchmesser von sogar nur 5 mm mit einer zugehörigen Länge von 10 mm haben. Der Kanal, der von dem Kern-Stift gebildet wird, weist eine Toleranz von ungefähr +/–1 mm auf. Ein beliebiger Kernstift, der in dem Gießprozess verwendet wird, erfordert eine Entformung oder eine Entformungsschräge, um die Entfernung des Stifts nach der Verfestigung des Gusses zu ermöglichen. Der Prozess und das System gemäß der vorliegenden Offenbarung beseitigen die Entformung im Zusammenhang mit den resultierenden Kanälen, da dort kein Stift zur Entnahme vorhanden ist. Ferner beseitigt die vorliegende Offenbarung zusätzliche Toleranzen, die zum Ausgleichen von Stift-Bewegungen verwendet werden, z. B. wenn der Stift mit einem kleinen Durchmesser lang ist, da der mit Aluminium umspritzte Salzkern als eine starre Struktur während des Gießprozesses verwendet wird, um eine Kernbewegung zu beseitigen und/oder zu verringern.
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2 zeigt gerade Abschnitte von Kanälen 108, diskrete oder abgestufte Durchmesseränderungen 110, scharf abgewinkelte Windungen 112 mit Eckelementen und Verbindungsstellen 114, die durch abgewinkelte Schnittpunkte von Kanälen gebildet werden. Diese Merkmale stellen einen begrenzten Bauraum und/oder erhöhte Strömungsverluste bereit. Die Enden 116 der Kanäle münden in einer Außenseite des Blocks 102 und müssen daher mit einer Kappe oder einem Stopfen verschlossen werden, um das Fluid während des Gebrauchs in dem Schmiermittelkreislauf zu halten.
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Der Schmiermittelkreislauf 150, der durch den Einsatz 100 gebildet ist, weist einen Hauptölkanal 152 auf, der gefiltertes Fluid von einer Pumpe durch den Kanal 154 aufnimmt. Fluid in dem Hauptkanal 152 strömt durch die Kanäle 156, um die Hauptlager für die Kurbelwelle zu schmieren. Fluid in dem Hauptkanal 152 strömt auch durch eine Verbindungsstelle 158 zu einem zweiten Kanal 160 und zu den Kanälen 162, die den Kolbenringen eine druckbeaufschlagte Schmierung bereitstellen. Die Verbindungsstelle 158 kann mit einem Solenoid oder anderen Element zum Steuern der Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid zu den Kolbenringen versehen sein.
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Der Hauptkanal 152 weist einen Anschluss 164 auf, der mit einem Solenoid oder anderen ähnlichen Element versehen sein kann, das eine Fluidströmung zurück zur Pumpe ermöglicht, sodass eine Hochvolumen-/Niedervolumen-Steuerung für das System bereitgestellt wird.
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Ein Kanal 166 ist mit dem Hauptkanal 152 verbunden und stellt dem Zylinderkopf druckbeaufschlagtes Fluid bereit, und zwar insbesondere zum Steuern der variablen Ventilsteuerung, z. B. der variablen Nockensteuerung oder dergleichen.
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Ein anderer Kanal 168 nimmt Fluid aus dem Hauptkanal 152 auf. Ein Kanal 170 ist mit dem Kanal 168 verbunden und stellt dem Zylinderkopf insbesondere zur Schmierung der Lager der Nockenwelle druckbeaufschlagtes Fluid bereit. Ein Kettenspannerkörper 172 ist ebenfalls fluidisch mit dem Kanal 168 verbunden und fungiert zur Schmierung der Steuerungskette für die Kraftmaschine. Eine Schmiermittelzufuhr 174 ist auch mit dem Kanal 168 verbunden und stellt einem Turbolader Schmiermittel bereit.
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3 stellt einen Einsatz 200 für einen Ölschmiermittelkreislauf gemäß einer Ausführungsform dar. Ein Block 202 ist als Referenz in gestrichelten Linien dargestellt. Der Einsatz 200 kann mit einem Zylinderkopf auf ähnliche Weise verwendet werden wie unten für den Block beschrieben. Ein Einsatz gemäß der vorliegenden Offenbarung kann auch verwendet werden, um Schmiermittelkanäle oder Kreisläufe innerhalb verschiedener Komponenten zu bilden, einschließlich Zylinderblöcken, Zylinderköpfen, Getrieben, Generatoren, Kurbelwellen, Verbindungsstäben oder anderer Komponenten, die interne Schmiermittelkanäle erfordern, wie Maschinerie mit druckgeschmierten Lagern. Die Schmiermittelkanäle können mit komplexen Formen und Strukturen wie hierin beschrieben gebildet sein und werden zum Zeitpunkt gebildet, zu dem die Komponente als eine Endabmessungsform gegossen, geformt oder dergleichen gebildet wird, die keine weitere maschinelle Bearbeitung oder Verarbeitung erfordert.
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Der Block 202 kann aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in einem Hochdruckgießprozess gebildet werden. Als Alternative kann der Block 202 aus einem Kunststoff, Nylon oder Verbundmaterial zur Bereitstellung eines Block-„Verbundes“ gebildet werden. Das Verbundmaterial kann bis zu 50 % kohlenstofffaserverstärktes thermogehärtetes Verbundharz enthalten, wobei das Harz auf Ester basiert oder auf Polyester basiert. In anderen Beispielen können andere Fasern, Teilchen oder Materialien in Verbindung mit einem Harz verwendet werden. Das Verbundmaterial kann eine gleichförmige Zusammensetzung aufweisen oder kann mit einer nicht gleichförmigen Zusammensetzung hergestellt sein.
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Der Block 202 ist zur Verwendung mit einer Reihen-Dreizylinder-Kraftmaschine dargestellt, wenngleich auch andere Konfigurationen in Betracht gezogen werden. Der Block 202 ist als ein einstückiges Endstück gebildet, das eine minimale Nachbearbeitung wie maschinelle Bearbeitung, insbesondere für Schmiermittelkanäle zum Beispiel in einem endabmessungsnahen oder endabmessungskonformen Gieß- und Formprozess erforderlich macht.
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Ein Schmiermittelkreislauf ist in dem Block durch den Einsatz 200 bereitgestellt. Zu Vergleichszwecken sind die Blöcke in 2 und 3 mit Ausnahme der Schmiermittelkreisläufe im Wesentlichen identisch. Die Schmiermittelkreisläufe wie in 2 und 3 dargestellt stellen den gleichen Anschlüssen oder Endpunkten für einen weiteren Vergleich der strukturellen Differenz druckbeaufschlagtes Schmiermittel oder Öl bereit.
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Der Schmiermittelkreislauf 250, der durch den Einsatz 100 gebildet ist, weist einen Hauptölkanal 252 auf, der gefiltertes Fluid von einer Pumpe durch den Kanal 254 aufnimmt. Fluid in dem Hauptkanal 252 strömt durch die Kanäle 256, um die Hauptlager für die Kurbelwelle zu schmieren. Fluid in dem Hauptkanal 252 strömt auch durch eine Verbindungsstelle 258 zu einem zweiten Kanal 260 und zu den Kanälen 262, die den Kolbenringen eine druckbeaufschlagte Schmierung bereitstellen. Die Verbindungsstelle 258 kann mit einem Solenoid oder anderen Element zum Steuern der Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid zu den Kolbenringen versehen sein.
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Der Hauptkanal 252 weist einen Anschluss 264 auf, der mit einem Solenoid oder anderen ähnlichen Element versehen sein kann, das eine Fluidströmung zurück zur Pumpe ermöglicht, sodass eine Hochvolumen-/Niedervolumen-Steuerung für das System bereitgestellt wird.
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Ein Kanal 266 ist mit dem Hauptkanal 252 verbunden und stellt dem Zylinderkopf druckbeaufschlagtes Fluid bereit, und zwar insbesondere zum Steuern der variablen Ventilsteuerung, z. B. der variablen Nockensteuerung oder dergleichen.
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Ein anderer Kanal 268 nimmt Fluid aus dem Hauptkanal 252 auf. Ein Kanal 270 ist mit dem Kanal 268 verbunden und stellt dem Zylinderkopf insbesondere zur Schmierung der Lager der Nockenwelle druckbeaufschlagtes Fluid bereit. Ein Kettenspannerkörper 272 ist fluidisch mit dem Kanal 268 verbunden und fungiert zur Schmierung der Steuerungskette für die Kraftmaschine. Eine Schmiermittelzufuhr 274 ist auch mit dem Kanal 268 verbunden und stellt einem Turbolader Schmiermittel bereit.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Einsatz mit Formen zur Minimierung von Strömungsstörungen bereitgestellt ist. Zum Beispiel sind Fluidverbindungsstellen als y-förmige Verbindungsstellen wie die Verbindungsstelle 280 bereitgestellt. Fluidkanäle können einen sich kontinuierlich verjüngenden Querschnitt haben, wie Kanal 254. Verschiedene Windungen sind unter Verwendung einer stufenlosen gekrümmten Struktur wie den Krümmungen 282 ausgeführt. Die Krümmungen 282 können eine Biegung von nicht mehr als neunzig Grad haben und können einen Krümmungsradius aufweisen, der mehrere Male größer als ein Durchmesser des Kanals ist. Der Einsatz kann leichte Krümmungen oder Biegungen haben, um die Kanäle besser innerhalb der Grenzen der Komponente, z. B. dem Block, zum Beispiel in den Bereichen 284 unterzubringen.
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Wenngleich der Einsatz 200 mit kreisförmigen Querschnitten dargestellt ist, werden außerdem andere Querschnitte ebenfalls in Betracht gezogen, einschließlich elliptischer, ovoider, hexagonaler, oktogonaler Formen, die konvexe und konkave Bereiche, z. B. eine Nierenbohnenform einschließen, und andere regelmäßige und unregelmäßige Formen einschließen. Die Querschnittsform des Einsatzes 200 kann die gleiche wie die des gesamten Einsatzes sein oder kann an verschiedenen Positionen innerhalb des Einsatzes variieren. Zudem weisen die Querschnittsformen innerhalb des Einsatzes einen effektiven Durchmesser oder eine Querschnittsfläche auf, die in verschiedenen Bereichen des Einsatzes, zum Beispiel als ein zunehmend oder abnehmend verjüngter Abschnitt, zunehmen oder abnehmen kann. Eine Änderung der Querschnittsflächen kann als graduelle, kontinuierliche Änderungen oder ohne Stufen und Unterbrechungen bereitgestellt werden, um Strömungsverluste in dem Fluidkreislauf zu verringern.
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Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung des Einsatzes 200 verschiedene Stopfen oder Endkappen beseitigt, die in dem herkömmlichen System wie in 2 dargestellt vorhanden sind. Dies verbessert die Integrität des Systems durch Reduzieren von Positionen, an denen Fluidleckagen möglich sind. Ferner wird die Herstellbarkeit erhöht, da die Anzahl von Schritten und Prozessen zum Bilden einer fertigen Komponente wie eines Kraftmaschinenblocks reduziert wird.
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4 stellt eine Teilschnittansicht des Einsatzes 200 gemäß einer Ausführungsform dar. Der Einsatz ist aus einem verlorenen Kernmaterial 290 gebildet, das von einer Metallhülle 292 eingekapselt ist. Das Kernmaterial wird später noch beschrieben werden.
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5 stellt eine Schnittansicht des Blocks 202 und von Kanälen dar, die durch den Einsatz 200 gebildet sind. Der Einlasskanal 254 stellt dem Hauptkanal 252 und dann einem Fluidkanal 256, der Schmiermittel an ein Hauptlager einer Kurbelwelle leitet, eine Fluidströmung bereit. Ein Kanal 262 zum Schmieren eines Kolbenrings ist in der Schnittansicht ebenfalls dargestellt. Wie aus der Figur zu sehen ist, weisen die Kanäle 252, 254, 256 verschiedene Krümmungen und komplexe Formen auf, wobei Abschnitte der Kanäle durch eine sich kontinuierlich verjüngende Struktur gebildet sind.
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Die Metallhülle 292 kleidet jeden Kanal nach der Entfernung des Materials des verlorenen Kerns aus, sodass die Fluidkanäle eine Metallwand oder Metallauskleidung aufweisen, die zwischen dem offenen Leerraum, der von dem Kanal selbst bereitgestellt wird, und der Struktur des äußeren Elements 202 angeordnet ist. Das Metall in der Auskleidung kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein.
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Die Metallhülle 292 kann als ein wärmeleitfähiger Weg fungieren und kann auch zum Halten von Fluid innerhalb der Komponente beitragen. Zum Beispiel kann die Metallhülle 292 verhindern, dass Schmiermittel in das umgebende Blockmaterial abtransportiert wird oder strömt, und kann auch verhindern, dass sonstige Fluida innerhalb des Blocks in die Kanäle strömen und sich mit dem Schmiermittel vermischen. Dies kann von besonderem Interesse sein, wenn der Block aus einem porösen Material wie einem Verbundstoff oder faserverstärkten Verbundstoff gebildet ist.
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Die Kanäle, die für den Schmiermittelkreislauf gebildet werden, sind zu Vergleichszwecken in gestrichelten Linien dargestellt. Wie aus der Figur zu sehen ist, sind die Kanäle 152, 154, 156 linear oder gerade und weisen Abschnitte mit konstanten Durchmessern auf. Die Kanäle 152, 154, 156 werden mittels Fluchtlinienprozessen wie maschineller Bearbeitung gebildet, weshalb ihre Anordnung innerhalb des Blocks eingeschränkt ist.
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6 stellt ein Flussdiagramm für einen Prozess oder ein Verfahren 300 zum Bilden einer Komponente mit einem Schmiermittelkreislauf unter Verwendung eines Einsatzes dar, wobei Kanäle in dem Schmiermittelkreislauf als eine Endabmessungsform bereitgestellt werden, wenn die Komponente gebildet wird. Der Prozess wird für einen Kraftmaschinenblock wie den Block 202 mit einem Schmierkreislauf 250 beschrieben, der durch einen Einsatz 200 gebildet ist; allerdings kann der Prozess mit anderen Komponenten mit intern gebildeten Schmiermittelkanälen und -kreisläufen implementiert sein. Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens 300 können mehr oder weniger Schritte umfassen, und die Schritte können in einer anderen Reihenfolge als dargestellt durchgeführt werden.
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Bei Schritt 302 wird der Schmelzkerneinsatz 200 vor Gebrauch mit dem Werkzeug gebildet, um die Komponente zu bilden. Zur Bildung des Einsatzes wird das Schmelzkernmaterial 290 in der gewünschten Form und Größe, zum Beispiel mittels eines Gieß- oder Formprozesses mit dem Schmelzkernmaterial in den Formen des negativen Raums der Kanäle gebildet. Das Schmelzkernmaterial 290 kann als eine einzige integrale Komponente gebildet werden oder kann als eine Vielzahl von Komponenten oder Teilsätzen gebildet und danach zum Beispiel mittels eines wasserlöslichen Klebstoffmaterials miteinander verbunden werden. Die Verwendung einer Vielzahl von Teilsätzen kann eine komplexere Gesamtform des Einsatzes 200 ermöglichen. Das Schmelzkernmaterial kann mittels eines Gieß- oder Formprozesses in die gewünschte Form gebracht werden. In anderen Beispielen kann das Schmelzkernmaterial mittels einer dreidimensionalen Drucktechnik in die gewünschte Form gebracht werden.
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Bei Schritt 304 wird die Hülle 292 dann um den Kern 290 bereitgestellt. In einem Beispiel wird ein Druckgieß- oder Gießprozess angewendet, um die Hülle 292 bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Integrität des Kerns 290 zu bilden. Ein Stempel, eine Gießform oder ein Werkzeug kann mit der Form des Einsatzes 200 bereitgestellt werden. Der Kern 290 oder verbundene Teilsätze von Kernen wird in dem Stempel angeordnet und die Hülle 292 wird gegossen oder anderweitig um den Kern 290 geformt. Die Hülle 292 kann durch einen Niederdruckgießprozess durch Einspritzen von geschmolzenem Metall oder einem anderen Material in die Gussform gebildet werden. Das geschmolzene Metall kann bei einem niedrigen Druck zwischen 2–10 psi, 2–5 psi mittels einer Schwerkraftzufuhr oder bei einem anderen ähnlichen Niederdruckbereich injiziert werden. Das für die Bildung der Hülle 292 verwendete Material kann Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein, und falls das äußere Element oder der Block 202 aus einem Metallmaterial gebildet ist, kann dieses das gleiche Metall oder die gleiche Metalllegierung sein wie diejenige, die zum Druckgießen der Komponente verwendet wird. Durch Bereitstellen des geschmolzenen Metalls bei einem niedrigen Druck wird der Schmelzkern 290 in der Hülle 292 gehalten. Durch Gießen der Hülle 292 als eine einzige Komponente um den bzw. die Schmelzkern(e) 290 weist die Hülle 292 keine Spannungspunkte oder andere Schwächen auf, die durch einen Herstellungsprozess erzeugt würden, und die Hülle 292 behält ihre Integrität später während der Bildung der Komponente 202 bei. Nachdem die Hülle 292 abkühlt, wird der Einsatz 200 aus dem Werkzeug ausgestoßen.
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Andere herkömmliche Lösungen sind für Schmelzkerneinsätze vorhanden und schließen das Schweißen oder anderweitige Verbinden von Abschnitten von Metallrohren miteinander ein, wobei die Metallrohre mit einem Schmelzkernmaterial gefüllt sind. Die Verbindungstechniken, z. B. das Schweißen, stellen Spannungspunkte innerhalb des Einsatzes bereit, sodass die Einsatzmetallhülle die Integrität während des Bildungsprozesses der Komponente möglicherweise nicht beibehalten kann und möglicherweise das Komponentenmaterial die Metallrohrwände zerbrechen und hineinströmen und den Durchlass mindestens teilweise behindern kann. Zudem sind die Formen und Strukturen, die unter Verwendung der Metallrohre gebildet werden können, begrenzt, da sie kreisförmig sind und einen festen Durchmesser aufweisen. Zudem ist das Bilden der Einsätze unter Verwendung der Rohre arbeits- und zeitaufwendig, da die Rohre geschnitten, gebogen oder anderweitig in die gewünschten Formen gebracht und danach miteinander verschweißt werden müssen.
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Bei Schritt 306 wird der Schmelzkerneinsatz 200 in dem Werkzeug oder der Gussform zur Bildung der Komponente wie des Blocks 202 angeordnet. Der Einsatz 200 kann verschiedene Anordnungsmerkmale aufweisen, die mit dem Stempel des Werkzeugs zusammenwirken, um den Einsatz in dem Werkzeug zu positionieren und auszurichten. Andere zusätzliche Einsätze können ebenfalls in dem Werkzeug bereitgestellt und angeordnet werden, zum Beispiel Schmelzkerneinsätze zum Bilden der Kühlmantelkanäle, Struktureinsätze für Schotte und dergleichen. Andere Einsätze können nur aus einem Schmelzkernmaterial gebildet sein oder können ein Schmelzkernmaterial aufweisen, das von einer Metallhülle eingekapselt ist, wie hierin beschrieben.
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Bei Schritt 308 wird die Komponente in dem Werkzeug und um den Einsatz 200 herum gebildet. Die Komponente kann aus einem Metall, einer Metalllegierung, Kunststoff, Nylon, Verbundstoff, faserverstärktem Verbundstoff oder einem anderen Material gebildet sein. Die Komponente kann gleichermaßen unter Anwendung verschiedener Techniken wie den folgenden gebildet werden: Sandgießen, Niederdruckgießen, Hochdruckgießen, halbpermanentes Formen, Formpressen, Spritzgießen und dergleichen. Das Werkzeug wird gemäß der Herstellungstechnik für die Komponente bereitgestellt und kann verschiedene Stempel, Gussformen, Schieber, Abdeckstempel und Auswerferstempel beinhalten, die zusammenwirken, um einen Formhohlraum mit Oberflächen zu bilden, die zur Bildung verschiedener Merkmale der Komponente geformt sind.
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In einem Beispiel wird die Komponente oder der Block 202 unter Verwendung eines Hochdruckgießprozesses durch Einspritzen von geschmolzenem Metall in das Werkzeug gebildet. Das geschmolzene Metall kann Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes geeignetes Material sein. Das geschmolzene Metall wird bei einem hohen Druck, d. h. 20000 psi eingespritzt, um die Kraftmaschinenkomponente zu bilden. Das geschmolzene Metall kann bei einem Druck von mehr als oder weniger als 20000 psi, zum Beispiel im Bereich von 15000–30000 psi eingespritzt werden, und der Druck kann auf dem verwendeten Metall oder der Metalllegierung, der Form des Formhohlraums und anderen Überlegungen basieren. Die Hülle 292 des Schmelzkerneinsatzes 200 kann teilweise geschmolzen werden, um mit dem eingespritzten Metall zu verschmelzen und sich mit dem äußeren Element 202 zu integrieren. Die Gusshaut und die Hülle bilden die Wände des Schmiermittelkreislaufs 250 in dem Block 202. Das geschmolzene Metall fließt um die Metallhülle 292 des Einsatzes und bildet eine Gusshaut mit der Metallhülle. Die Gusshaut stellt eine verbesserte Fluidbarriere ohne Leerstellen oder andere Mängel bereit. Die Metallhaut schützt das Schmelzkernmaterial während des Gießprozesses, sodass das Schmelzkernmaterial in der Komponente bleibt. Die Struktur des Einsatzes 200 ermöglicht, dass das Schmelzkernmaterial kleine Abmessungen und Merkmale hat, die während des Gießprozesses unversehrt bleiben, und die ansonsten in einem herkömmlichen Schmelzkern-Hochdruckgießprozess zerstört oder unverfügbar gemacht würden. Das geschmolzene Metall kühlt ab, um die Komponente 202 zu bilden.
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In einem anderen Beispiel wird die Komponente oder der Block 202 unter Verwendung eines Spritzgießprozesses durch Einspritzen einer Verbundstoffmischung oder eines Materials in das Werkzeug gebildet. Das Verbundmaterial fließt um eine Grenzfläche und/oder Bindung mit der Hülle 292 des Einsatzes 200 und bildet diese. Während des Gießprozesses kann sich die Komponente mittels eines Wärmehärtungsprozesses selbst härten, oder ein Autoklav oder dergleichen kann verwendet werden, um das Verbundmaterial auszuhärten. Das Formverfahren kann eine Spritzgussform oder Pressform enthalten, wobei beide zum Zeitpunkt der Produktion thermisch gehärtet werden.
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Durch Bereitstellen der Hülle 292 bleibt der Schmelzkern 290 für eine spätere Verarbeitung unversehrt, um die Kanäle in dem Schmiermittelkreislauf 250 zu bilden. Die Hülle 292 ermöglicht kleiner bemessene Kanäle und die Verwendung von Oberflächenmerkmalen, die ansonsten mit einem Hochdruckbildungsprozess nicht verfügbar wären, da das Schmelzkernmaterial seine Form während des Prozesses nicht behält. Zum Beispiel kann der Schmelzkerneinsatz 200 Kanäle oder Merkmale innerhalb des Schmiermittelkreislaufs 250 in der Größenordnung von Millimetern bereitstellen, wobei Kanäle eine Größe von weniger als 10 mm, 5 mm oder 2 mm und Oberflächenmerkmale mit einer Auflösung in der Größenordnung von 1 mm aufweisen. Ein herkömmlicher Schmelzmaterialguss oder Sandguss kann Oberflächenmerkmale oder Kanäle mit diesen Abmessungen für einen Hochdruckbildungsprozess nicht auflösen, da das Schmelzkernmaterial in diesem Bereich zerstört werden kann.
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Am Ende von Schritt 308 wird die Komponente von dem Werkzeug als eine unfertige Komponente oder Vorform entfernt.
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Bei Schritt 310 wird die unfertige Komponente oder Vorform nachbearbeitet, um das Schmelzkernmaterial 290 von der Vorform zu entfernen. Das Schmelzkernmaterial 290 des Einsatzes 200 bleibt während des gesamten Bildungsprozesses in dem Werkzeug und muss entfernt werden. In einem Beispiel wird der Schmelzkern 290 entfernt, um die Kanäle in dem Kreislauf 250 zu bilden. Der Schmelzkern 290 kann mittels druckbeaufschlagtem Fluid wie einem Hochdruckwasserstrahl entfernt werden. In anderen Beispielen kann der Schmelzkern 290 mittels anderer Techniken entfernt werden, die im Stand der Technik bekannt sind. Der Schmelzkern 290 wird in der vorliegenden Offenbarung basierend auf der Fähigkeit zur Entfernung des Kerns in einem Nachdruckgieß- oder Nachformgebungsprozess als Schmelzkern bezeichnet. Der Schmelzkern in der vorliegenden Offenbarung bleibt während des Druckgieß- oder Formprozesses aufgrund der Hülle 292, die ihn umgibt und schützt, unversehrt.
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Bei Schritt 312 können auch andere maschinelle Nachbearbeitungs- oder Herstellungsschritte ausgeführt werden. Zum Beispiel kann eine minimale maschinelle Bearbeitung für den Schmiermittelkreislauf 250 für die Solenoidsteuerungen oder ähnliche Merkmale ausgeführt werden. Zudem kann eine andere maschinelle Komponentenbearbeitung oder Endbearbeitung, zum Beispiel durch Fräsen der Oberseite für den Kraftmaschinenblock 202 ausgeführt werden. Zusätzliche Kanäle oder Anschlüsse können in einigen Ausführungsformen durch eine zusätzliche Endbearbeitung oder maschinelle Bearbeitung nach dem Formen oder Gießen bereitgestellt werden.
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Nachdem die Komponente 202 nachbearbeitet wurde, kann die Kraftmaschine 20 durch Verbinden des Zylinderkopfes mit dem Block zusammengebaut werden und die Kraftmaschine 20 kann in einem Fahrzeug angeordnet werden.
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Die Kanäle für den Schmiermittelkreislauf 250 können durch einen oder mehrere Einsätze in der Komponente 202 gebildet werden, einschließlich Einsätzen verlorener Kerne, während des Herstellungsprozesses wie oben unter Bezugnahme auf 3–6 beschrieben. Der Einsatz 200 ist als Einsatz dargestellt, um Fluidkanäle in einem Schmiermittelkreislauf 250 zu bilden. Der Einsatz 200 wird vor der Verwendung mit dem Werkzeug gebildet, um die Komponente zu bilden. Der Einsatz 200 weist einen Bereich 290 aus einem verlorenen Kern auf. Der verlorene Kern 290 kann ein Salzkern, ein Sandkern, ein Glaskern, ein Schaumkern oder gegebenenfalls ein anderes verlorenes Kernmaterial sein. Eine Hülle 292 umgibt oder kapselt den verlorenen Kern 290 derart ein, dass sie mindestens einen Abschnitt der äußeren Oberfläche des Kerns 290 abdeckt. Die Hülle 292 kann aus einem Metall, einschließlich eines Aluminiums oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Der Kern 290 wird im Allgemeinen in der gewünschten Form und Größe eines Abschnitts des Fluidkanals oder im Wesentlichen eines gesamten Kanals bereitgestellt. In dem dargestellten Beispiel bildet der verlorene Kern 290 die Form eines Fluidkanals für den Schmiermittelkreislauf in dem Block 202.
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Ein Schmiermittelkreislauf 250 wird in der Komponente oder dem Block 202 gebildet. Der Schmiermittelkreislauf 250 wird durch eine Reihe von miteinander verbundenen Fluidkanälen gebildet, die ein druckbeaufschlagtes Schmiermittel an verschiedene Bereiche der Komponente zwecks Schmierung und/oder Wärmemanagement leiten. Der Schmiermittelkreislauf 250 wird durch den Einsatz 200 gebildet. Das verlorene Kernmaterial 290 ist von der dünnwandigen Metallhülle 292 umgeben oder eingekapselt. Das verlorene Kernmaterial 290 kann mit verschiedenen gekrümmten Formen und Strukturen und stufenlosen Änderungen der Querschnittsfläche und Richtung versehen sein, um reduzierte Strömungsverluste bereitzustellen. Die dünnwandige Metallhülle 292 kann in einer Dickengrößenordnung von Millimetern liegen. Die Hülle 292 bleibt in der Komponente 202, nachdem das verlorene Kernmaterial 290 entfernt ist, sodass die Hülle 292 die Kanäle des Schmiermittelkreislaufs 250 auskleidet.
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Die Hülle 292 ist als eine Barriere zwischen Schmiermittel in dem Kreislauf 250 und dem Material der Komponente 202 bereitgestellt und verhindert, dass Schmiermittel in das Material der Komponente 202 eintritt und dass Fluide in der Komponente 202, z. B. Kühlmittel oder Wasser, in den Schmiermittelkreislauf 250 eintreten und sich mit dem Schmiermittel vermischen. Eine Komponente, die aus einem Verbundmaterial, z. B. Kohlenstofffaser-Harzverbundstoff hergestellt ist, weist einen Porositätsgrad aufgrund der Fasern sowie Leerräume oder Mängel auf, die sich während des Formgebungsprozesses bilden. Dementsprechend wirkt die Hülle 292 als eine Auskleidung, um eine Leckage oder einen Fluidtransport in die Komponente 202 und umgekehrt zu verhindern.
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Die Hülle 292 dient auch der Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der Komponente 202 und den Fluiden in dem Schmiermittelkreislauf 250. Eine Komponente, die aus einem Verbundstoffmaterial hergestellt ist, z. B. ein Kohlenstofffaser-Harzverbundstoff, weist eine viel geringere thermische Leitfähigkeit auf als die Metallhülle. Dementsprechend wirkt die Hülle 292 als eine Wärmeleitung und verbessert die Wärmeübertragung auf das Schmiermittel, um die Komponente 202 während des Betriebs effektiver und effizienter thermisch zu stabilisieren oder abzukühlen. In einem weiteren Beispiel kann die äußere Hülle 292 mit verschiedenen Oberflächenmerkmalen auf der Innenwand, die mit dem Fluid in Kontakt steht, oder auf der Außenwand, die mit der Komponente 202 in Kontakt steht, bereitgestellt sein, um die Wärmeübertragung durch Erhöhen des Oberflächenbereichs und/oder Erzeugen gewünschter Strömungsmuster, z. B. Rippen, Wirbel oder Drall induzierender Merkmale, verschiedener Oberflächenrauheiten und dergleichen zu erhöhen.
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Mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nicht einschränkende Vorteile verbunden. Zum Beispiel kann ein kompakter Schmiermittelkreislauf verwendet werden, um einen Bauraum zu reduzieren, der zur Erzielung von Strömungsanforderungen erforderlich ist. Ein einzigartiger konturierter Schmiermittelkreislauf wird bereitgestellt, der die Fähigkeit hat, sich eng um die funktionellen Merkmale zu wickeln, die ansonsten die Anordnung einschränken. Ein Einsatz ist mit einer eigenständigen hohlen Aluminiumhülle versehen, die als ein Transport für das Schmiermittel fungiert. Der Einsatz enthält ein verlorenes Kernmaterial während der Bildung der Komponente. Diese Hülle kann eine Vielzahl von Biegungen und Schnittpunkten aufweisen, um eine komplexe Führung für die Schmiermittekanäle zu ermöglichen. In einer Brennkraftmaschine hat der Zylinderblock oder Zylinderkopf gegenüber den Subsystemen Vorrang, die Hochdrucköl erfordern, um die Funktion aufrechtzuerhalten. Der Einsatz gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt einen kompakten und optimierten Schmiermittelkreislauf bereit, der dünnere oder kleinere als die herkömmlichen Fluidkanäle ermöglicht und weniger maschinelle Bearbeitungsschritte erforderlich macht. Der Einsatz, der den Ölkreislauf definiert, stellt eine Verschachtelung einer engen Umhausung um die funktionellen Merkmale bereit. Zudem stellt der Einsatz komplexe Formen und Strukturen wie Durchgänge, die gekrümmt sind und eine Vielzahl von stufenlosen Schnittpunkten oder Verbindungsstellen aufweisen, während des Bildungsprozesses für die Komponente bereit, sodass zusätzliche Herstellungsschritte minimiert werden. Der Schmiermittelkreislauf kann derart gebildet werden, dass er aufgrund der stufenlosen, konturierten Form in einen begrenzten Bauraum passt und reduzierte Druckabfälle und verbesserte Strömungseigenschaften aufweist. Der Schmiermittelkreislauf kann daher eine verbesserte Strömungseffizienz aufweisen, die zu einer verbesserten Pumpeneffizienz und einer verbesserten Kraftstoffökonomie insgesamt führt.
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Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.
