DE102017217892A1

DE102017217892A1 - Herstellungsverfahren für einen Motor

Info

Publication number: DE102017217892A1
Application number: DE102017217892.2A
Authority: DE
Inventors: Hiroki IGUMA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2018-04-19
Also published as: JP2018066318A; CN107975438A; JP6638618B2; US20180106212A1; US10539093B2

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für einen Motor umfasst: Vorbereiten, als ein Vorbereitungsschritt, eines Zylinderkopfs (10) mit einer Oberfläche, auf der eine Deckenoberfläche (14) eines Verbrennungsraums gebildet ist; Bilden, als ein Schichtbildungsschritt, einer Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b) auf der Deckenoberfläche (14); Messen, als ein Messschritt, eines Volumen der Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b); und Auswählen, als ein Auswahlschritt, einer Kategorie (R1, R2) eines in Verbindung mit der Deckenoberfläche (14) zu verwendenden Motorventils (22, 22a, 22b) so, dass sie einem Betrag der Differenz eines gemessenen Volumens der Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b) von einem Sollwert eines Volumens der Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b) entspricht, wobei die Kategorie von mehreren Kategorien (R1, R2) ausgewählt wird, die entsprechend Dicken (TVa, TVb) von Tellerabschnitten (24, 24a, 24b) von Motorventilen (22, 22a, 22b) eingestellt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Motor und betrifft insbesondere ein Herstellungsverfahren für einen Motor mit einem Zylinderkopf.
Beschreibung des Standes der Technik
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-256730 ( JP 2011-256730 A ) beschreibt ein Herstellungsverfahren für einen Zylinderkopf eines Motors. Dieses Verfahren umfasst: einen Schritt zum Gießen eines Zylinderkopfmaterials mit einem zurückgesetzten Abschnitt, der einen Teil eines Verbrennungsraums bildet; einen Schritt zum spanabhebenden Bearbeiten einer Kontaktfläche des Zylinderkopfmaterials mit einem Zylinderblock; einen Schritt zum Messen eines Abstands in einer Höhenrichtung von einer Referenzebene an einer Spitze des zurückgesetzten Abschnitts bis zu der Kontaktfläche; und einen Schritt zum Einstellen eines Zerspanungsbetrags einer Oberfläche des zurückgesetzten Abschnitts auf der Grundlage des Abstands. Wenn der Abstand in der Höhenrichtung gemessen wird, kann eine Abweichung einer Kapazität des Verbrennungsraums von ihrem Sollwert gefunden werden. Demzufolge kann mit dem obigen Verfahren die Kapazität des Verbrennungsraums innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fallen, indem der Zerspanungsbetrag der Oberfläche des zurückgesetzten Abschnitts auf der Grundlage des Abstands in der Höhenrichtung eingestellt wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Insbesondere kann zur Verbesserung der Leistung des Motors ein Wärmeisolationsfilm auf einer Deckenoberfläche des Verbrennungsraums wie etwa der Oberfläche des zurückgesetzten Abschnitts gebildet werden. Durch Bilden des Wärmeisolationsfilms auf der Deckenoberfläche ist es möglich, die Leistung (Wärmeisolationsleistung) zu erhöhen, die verhindert, dass in dem Verbrennungsraum erzeugte Wärme über die Deckenoberfläche nach außen entweicht. Ferner nimmt durch Bilden des Wärmeisolationsfilms auf der Deckenoberfläche die Kapazität des Verbrennungsraums um das Volumen des Wärmeisolationsfilms ab. Demzufolge ist, wenn der Wärmeisolationsfilm auf der Deckenoberfläche gebildet wird, eine Vorrichtung zum Einstellen der Kapazität des Verbrennungsraums in Übereinstimmung mit dem Volumen des Wärmeisolationsfilms erforderlich. Jedoch bedeutet die Bildung des Wärmeisolationsfilms auf der Deckenoberfläche, dass der Wärmeisolationsfilm nach der spanabhebenden Bearbeitung der Deckenoberfläche gebildet wird. Demzufolge ist es praktisch schwierig, die Deckenoberfläche nach der Bildung des Wärmeisolationsfilms spanend zu bearbeiten.
Statt der spanabhebenden Bearbeitung der Deckenoberfläche kann nach der Bildung des Wärmeisolationsfilms eine Oberfläche des Wärmeisolationsfilms spanend bearbeitet werden. Jedoch korreliert eine Filmdicke des Wärmeisolationsfilms stark mit der Wärmeisolationsleistung. Aus diesem Grund wäre es gut, wenn die spanabhebende Bearbeitung ein Schleifen einer Filmoberfläche wäre. Aber wenn die Filmdicke durch die Einstellung eines Zerspanungsbetrags des Wärmeisolationsfilms auf der Grundlage des Abstands in der Höhenrichtung wie in dem oben beschriebenen Verfahren stark abnimmt, kann es sein, dass eine gewünschte Wärmeisolationsleistung nicht erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren bereit, durch das es möglich ist, dass eine Kapazität eines Verbrennungsraums in einem vorbestimmten Bereich liegt, während gleichzeitig verhindert wird, dass eine spanabhebende Bearbeitung über ein notwendiges Maß hinaus auf einer Filmoberfläche durchgeführt wird, wenn ein Wärmeisolationsfilm auf einer Deckenoberfläche des Verbrennungsraums gebildet ist, die auf einer Oberfläche eines Zylinderkopfs gebildet ist.
Ein Herstellungsverfahren für einen Motor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Herstellen, als ein Herstellungsschritt, eines Zylinderkopfs mit einer Oberfläche, auf der eine Deckenoberfläche eines Verbrennungsraums gebildet ist; Bilden, als ein Filmbildungsschritt, eines Wärmeisolationsfilms auf der Deckenoberfläche; Messen, als ein Messschritt, eines Volumens des Wärmeisolationsfilms; und Auswählen, als ein Auswahlschritt, einer Kategorie eines in Verbindung mit der Deckenoberfläche zu verwendenden Motorventils so, dass sie einem Betrag der Differenz eines gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms gegemüber einem Sollwert eines Volumens des Wärmeisolationsfilms entspricht, wobei die Kategorie von mehreren Kategorien ausgewählt wird, die entsprechend Dicken von Tellerabschnitten von Motorventilen eingestellt werden.
In dem Herstellungsverfahren gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Information über die Kategorie, die in dem Auswahlschritt ausgewählt wird, auf der Oberfläche des Zylinderkopfs gespeichert werden.
In dem Herstellungsverfahren gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Kategorie des in dem Auswahlschritt auszuwählenden Motorventils eine Kategorie mit einer Dicke eines Tellerabschnitts sein, wobei die Dicke einen Betrag der Differenz einer Kapazität des Verbrennungsraums gegemüber einem Sollwert der Kapazität des Verbrennungsraums, wenn der Tellerabschnitt des Motorventils auf einer Ventilsitzfläche aufsitzt, minimiert, wobei der Betrag der Differenz durch den Betrag der Differenz des gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms gegenüber dem Sollwert verursacht ist.
In dem Herstellungsverfahren gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Wärmeisolationsfilm, der in dem Filmbildungsschritt gebildet wird, ein Wärmeisolationsfilm mit einer porösen Struktur sein.
Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kategorie eines Motorventils von den mehreren Kategorien, die in Übereinstimmung mit Dicken von Tellerabschnitten von Motorventilen eingestellt werden, die in Verbindung mit der Deckenoberfläche verwendet wird, so auszuwählen, dass sie dem Betrag der Differenz des gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms gegenüber dem Sollwert entspricht. Demzufolge wird selbst dann, wenn das gemessene Volumen des Wärmeisolationsfilms vom Sollwert abweicht, ein Einfluss durch die Abweichung des gemessenen Volumens durch die Dicke in der so gewählten Kategorie verringert, so dass die Kapazität des Verbrennungsraums in einen vorbestimmten Bereich fallen kann. Demzufolge ist es möglich, eine über das notwendige Maß hinausgehende spanabhebende Bearbeitung einer Filmoberfläche zu vermeiden und die Kapazität des Verbrennungsraums in den vorbestimmten Bereich zu legen.
Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Information über die so ausgewählte Kategorie auf der Oberfläche des Zylinderkopfs gespeichert werden. Demzufolge ist es möglich, beim Zusammenbau des Motors die Kapazität des Verbrennungsraums in den vorbestimmten Bereich zu legen. Ferner ist es beim Austausch des Motorventils gegen ein neues möglich zu verhindern, dass die Kapazität des Verbrennungsraums geändert wird.
Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kategorie mit einer Dicke eines Tellerabschnitts auszuwählen, die einen Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert der Kapazität des Verbrennungsraums, wenn der Tellerabschnitt des Motorventils auf der Ventilsitzfläche aufsitzt, minimiert, wobei der Betrag der Differenz durch einen Betrag der Differenz des gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms gegenüber dem Sollwert des Volumens des Wärmeisolationsfilms bewirkt wird. Somit ist ein Einfluss durch die abweichung des gemessenen Volumens um die Dicke bei der so gewählten Kategorie verringert, selbst wenn das gemessene Volumen des Wärmeisolationsfilms von dem Sollwert abweicht. Daher ist es möglich, ein übermäßiges Schneiden einer Filmoberfläche zu vermeiden und die Kapazität der Verbrennungskammer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu bringen.
Gemäß dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Motor herzustellen, der durch einen Wärmeisolationsfilm mit einer porösen Struktur eine hohe Wärmeisolationsleistung zeigt.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Herstellungsverfahrens für einen Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Ansicht zum Beschreiben einer spanabhebenden Bearbeitung von inneren Umfangsoberflächen einer Ventilführung und eines Sitzrings ist;
3 eine Ansicht zum Beschreiben eines Zylinderkopfmaterials 10 ist, in dem ein Motorventil 22 nach dem spanabhebende Bearbeitung der inneren Umfangsoberflächen der Ventilführung und des Sitzrings vorübergehend angeordnet ist;
4 eine Ansicht zum Beschreiben eines Beispiels einer Filmdicken-Messtechnik eines Wärmeisolationsfilms in Schritt S4 in 1 ist;
5 eine Ansicht zum Beschreiben eines Beispiels ist, in dem der Wärmeisolationsfilm relativ zu einer Deckenoberfläche des Verbrennungsraums geneigt ist;
6 eine Ansicht ist, die Beispiele von zwei Motorventilen zeigt, die nur bezüglich der Dicke ihrer Tellerabschnitte verschieden sind;
7 eine Ansicht ist, die schematisch Beispiele von Motoren in Verbindung jeweiliger Motorventile mit jeweiligen Deckenoberflächen von Verbrennungsräumen, auf denen jeweilige Wärmeisolationsfilmen mit unterschiedlichen Filmdicken gebildet sind, zeigt; und
8 eine Ansicht ist, um ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für einen Motor im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung sind Elemente, die in allen Zeichnungen gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals beschrieben. Ferner ist die Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform begrenzt.
1 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für einen Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie es in 1 gezeigt ist, wird in dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform zuerst ein Zylinderkopfmaterial des Motors gegossen (Schritt S1). Das Zylinderkopfmaterial hat eine Deckenoberfläche eines Verbrennungsraums auf seiner Oberfläche. Es ist zu beachten, dass, wenn ein durch das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform hergestellter Zylinderkopf an einen Zylinderblock montiert ist, der Verbrennungsraum als ein Raum definiert ist, der von einer Bohrungsoberfläche des Zylinderblocks, einer oberen Oberfläche eines Kolbens, der in der Bohrung aufgenommen ist, einer unteren Oberfläche des Zylinderkopfs und unteren Oberflächen von Tellerabschnitten eines Einlassventil und eines Auslassventil, die in dem Zylinderkopf angeordnet sind, umschlossen ist.
Das Zylinderkopfmaterial umfasst wenigstens einen Einlasskanal, in dem das Einlassventil angeordnet ist, und einen Auslasskanal, in dem das Auslassventil angeordnet ist. In Schritt S1 werden zum Beispiel mehrere Kerne zur Bildung des Einlasskanals und des Auslasskanals in einer Gussform angeordnet. Anschließend wird ein geschmolzenes Metall einer Aluminiumlegierung in die Gussform gegossen. Ein nach Aushärten des geschmolzenen Metalls aus der Gussform genommenes Objekt ist das Zylinderkopfmaterial. Es ist zu beachten, dass ein solches Gussverfahren des Zylinderkopfmaterials wohl bekannt ist und zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-356165 ( JP 2000-356165 A ) offenbart ist und somit hier nicht weiter beschrieben ist.
Nach Schritt S1 wird das Zylinderkopfmaterial spanend bearbeitet (Schritt S2). In Schritt S2 werden Durchgangslöcher, in denen Ventilführungen zum Stützen von Schaftteilen des Einlassventils und des Auslassventils und Sitzringe, auf denen die Tellerabschnitte der Ventile sitzen, befestigt sind, gebohrt. In Schritt S2 werden ein Durchgangsloch, in das ein weiter unten erwähnter Positionierstift eingeführt wird, ein Durchgangsloch zum Befestigen des Zylinderkopfmaterials an dem Zylinderblock, ein Ölkanal, durch den ein Schmiermittel fließt, und dergleichen gebohrt. Ferner werden in Schritt S2 die in Schritt S1 gebildeten inneren Oberflächen des Einlasskanals und des Auslasskanals spanabhebend bearbeitet. Nach einer solchen spanabhebenden Bearbeitung werden die Ventilführungen und die Sitzringe durch Einpressen, Schrumpfpassen oder Kaltpressen in ihre entsprechenden Löcher eingeführt.
Wenn die Ventilführungen und die Sitzringe eingeführt sind, werden die inneren Umfangsoberflächen der Ventilführungen und der Sitzringe spanabhebend bearbeitet. Nachfolgend ist ein Beispiel der spanabhebenden Bearbeitung der inneren Umfangsoberflächen der Ventilführungen und der Sitzringe mit Bezug auf 2 beschrieben. In diesem Beispiel wird die spanabhebende Bearbeitung durchgeführt, nachdem ein Zylinderkopfmaterial 10 an einer Bearbeitungsplattform 30 befestigt wurde. Wie es in 2 gezeigt ist, hat das Zylinderkopfmaterial 10 ein Loch 12. Das Loch 12 wird in Schritt S2 gebildet. Ein Positionierstift 32 für eine X,Y-Referenz, der in der Bearbeitungsplattform 30 angeordnet ist, wird in das Loch 12 eingeführt. Dadurch wird das Zylinderkopfmaterial 10 an einer Referenzposition (eine Z-Referenz) der Bearbeitungsplattform 30 befestigt.
Ein Teil einer Deckenoberfläche 14 eines Verbrennungsraums des Zylinderkopfmaterials 10 ist in 2 gezeichnet. Ferner zeigt 2 nur einen Teil (den Einlasskanal oder den Auslasskanal) 16 des Zylinderkopfmaterials 10, und ein Sitzring 18 wird, wie es in Schritt S2 beschrieben ist, in eine Öffnung einer Deckenoberfläche 14 des Kanals 16 eingeführt. Ferner wird eine Ventilführung 20, wie es in Schritt S2 beschrieben, in ein Loch eingeführt, das mit dem Kanal 16 verbunden ist.
Ein Werkzeug 34, das zur spanabhebenden Bearbeitung verwendet wird, umfasst ein Zerspanungswerkzeug 34a, das eine innere Umfangsoberfläche 18a des Sitzrings 18 spanabhebend bearbeitet, und eine Reibahle 34b, die eine innere Umfangsoberfläche 20a der Ventilführung 20 spanabhebend bearbeitet. Die innere Umfangsoberfläche 20a wird spanend bearbeitet, indem die Reibahle 34b gedreht und vorwärts bewegt wird. Anschließend wird die Reibahle 34b rückwärts bewegt und das Zerspanungswerkzeug 34a gedreht und vorwärts bewegt, so dass eine Ventilsitzfläche 18b auf der inneren Umfangsoberfläche 18a gebildet wird.
In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die Bewegung des Werkzeugs 34 in einer Drehachsenrichtung des Zerspanungswerkzeugs 34a begrenzt, so dass eine Abmessung von einer Grenze zwischen der inneren Umfangsoberfläche 18a und der Ventilsitzfläche 18b zu der Referenzposition (die Z-Referenz) einen vorbestimmten Wert annimmt. Das heißt, ein Zerspanungsbetrag der inneren Umfangsoberfläche 18a ist durch das Zerspanungswerkzeug 34a gleichmäßig. Demzufolge ist ein Abstand von der Referenzposition auf der oberen Oberfläche des Ventiltellerabschnitts, wenn das Motorventil (das Einlassventil oder das Auslassventil) auf der Ventilsitzfläche 18b aufsitzt, allgemein gleichmäßig. Dieser Punkt ist nachfolgend mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist eine Ansicht zur Beschreibung des Zylinderkopfmaterials 10, in dem ein Motorventil 22 nach der spanabhebenden Bearbeitung der inneren Umfangsoberflächen 18a, 20a vorübergehend angeordnet wird. Wie es in 3 gezeigt ist, befindet sich, wenn ein Tellerabschnitt 24 auf der Ventilsitzfläche 18b sitzt, eine obere Oberfläche 241 des Tellerabschnitts 24 nur in einem vorbestimmten Abstand von der Referenzposition (die Z-Referenz).
Nachfolgend ist unter erneutem Bezug auf 1 die Beschreibung des Herstellungsverfahrens fortgesetzt. Nach Schritt S2 wird auf einer Deckenoberfläche des Verbrennungsraums ein Wärmeisolationsfilm gebildet (Schritt S3). In Schritt S3 wird der Wärmeisolationsfilm zum Beispiel wie folgt gebildet. Zuerst werden (ein(e)) auf Nickel-Chrom basierende Keramikpartikel/Film/Zwischenschicht thermisch auf die gesamte Deckenoberfläche gespritzt. Anschließend werden Zirkoniumpartikel auf die gesamte Oberfläche eines Chrom-Nickel-Stahl-Films thermisch gespritzt. Indem das thermische Spritzen in zwei Stufen durchgeführt wird, kann ein thermischer Spritzfilm mit einer mittleren Schicht aus Chrom-Nickel-Stahl und einer vorderen Oberfläche aus Zirkonium als der Wärmeisolationsfilm gebildet werden. Der thermische Spritzfilm hat durch innere Luftblasen, die beim thermischen Spritzen gebildet werden, eine poröse Struktur. Somit dient der thermische Spritzfilm als ein Wärmeisolationsfilm mit einer niedrigeren Wärmeleitzahl und einer niedrigeren volumetrischen Wärmekapazität als das Zylinderkopfmaterial. Das Verfahren des thermischen Spritzens ist nicht besonders begrenzt, und es können verschiedene Verfahren wie etwa Flammspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen, thermische Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen und thermisches Laserspritzen anwendet werden.
Es ist zu beachten, dass in Schritt S3, statt die Chrom-Nickel-Stahl-KeramikPartikel und die Zirkoniumpartikel thermisch aufzuspritzen, kann eine Kombination aus Keramikpartikeln wie etwa Siliziumnitird, Yttriumoxid und Titanoxid und Komposit-Keramikpartikel wie etwa Cermet, Mullit, Kordierit und Steatit in geeigneter Weise thermisch aufgespritzt werden. Ferner kann in Schritt S3 ein eloxierter Film auf der Deckenoberfläche gebildet werden. Ein Film aus Wärmeisolationsfarbe mit Hohlpartikeln kann auf der Deckenoberfläche gebildet werden. Ein anorganischer Kieselsäurefilm mit Luftlöchern durch ein Schaum- oder Treibmittel kann auf der Deckenoberfläche gebildet werden. Diese Filme haben eine poröse Struktur ähnlich dem thermischen Spritzfilm und dienen als Wärmeisolationsfilm mit einer niedrigeren Wärmeleitzahl und einer niedrigeren volumetrische Wärmekapazität als das Zylinderkopfmaterial. Ferner kann in Schritt S3 ein Film aus Wärmeisolationsfarbe oder ein anorganischer Kieselsäurefilm auf der Deckenoberfläche gebildet werden. Obwohl diese Filme keine poröse Struktur haben, dienen sie als ein Wärmeisolationsfilm mit einer niedrigeren Wärmeleitzahl als das Zylinderkopfmaterial.
In Schritt S3 wird eine Filmdicke des auf der Deckenoberfläche zu bildenden Wärmeisolationsfilms auf einen Bereich von 50 µm bis 200 µm so eingestellt, dass er gewünschte thermophysikalische Eigenschaften (Wärmeleitzahl und volumetrische Wärmekapazität) hat. Es ist zu beachten, dass winzige, aus der porösen Struktur resultierende Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Wärmeisolationsfilms gebildet werden könnten. Demzufolge ist es wünschenswert, um die Filmdicke des Wärmeisolationsfilms einzustellen, die Filmoberfläche zu glätten. Es ist zu beachten, dass ein über das erforderliche Maß hinausgehendes Schleifen aufgrund der Struktur des Wärmeisolationsfilms zu einer Beschädigung des Wärmeisolationsfilms führt, so dass es selbst dann, wenn zum Glätten geschliffen wird, wünschenswert ist, möglichst wenig zu schleifen.
Nach Schritt S3 wird die Filmdicke des Wärmeisolationsfilms gemessen (Schritt S4). 4 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels einer Filmdicken-Messtechnik des Wärmeisolationsfilms. Wie es in 4 gezeigt ist, wird ein wie in Schritt S3 beschriebener Wärmeisolationsfilm 26 auf der Deckenoberfläche 14 gebildet. Eine an einer NC (Numeric Control) - Maschine montierte Koordinatenmesseinheit 36 wird gegenüber dem Wärmeisolationsfilm 26 angeordnet. Eine Messsonde 36a der Koordinatenmesseinheit 36 wird zu einer Umgebung des Wärmeisolationsfilms 26 bewegt, so dass eine Koordinate des Wärmeisolationsfilms 26 in einer Filmdickenrichtung gemessen wird. Ein Messwert der Koordinate wird zu einem Kontroller der NC-Maschine ausgegeben und gespeichert. Es ist wünschenswert, dass die Messung der Koordinate durch Verwendung der Koordinatenmesseinheit 36 an einigen Stellen des Wärmeisolationsfilms 26 durchgeführt wird, da der Wärmeisolationsfilm 26 relativ zu der Deckenoberfläche 14 geneigt sein könnte, wie es in 5 gezeigt ist. Zum Beispiel ist es, wenn die Messung der Koordinate an einigen Stellen durchgeführt und ein Mittelwert daraus ermittelt wird, möglich, die Filmdicke des Wärmeisolationsfilms 26 genauer zu ermitteln.
Es ist zu beachten, dass in Schritt S4, statt die Filmdicke des Wärmeisolationsfilms 26 unter Verwendung der in 4 gezeigten Koordinatenmesseinheit 36 zu messen, die Filmdicke des Wärmeisolationsfilms 26 auch unter Verwendung eines wohl bekannten Instruments wie etwa einer Laser-Verlagerungsmessvorrichtung, einer Unebenheitsmessung unter Verwendung eines Linienlaserstrahls oder einer Wirbelstrom-Filmdickenmessvorrichtung gemessen werden kann.
Nachfolgend ist unter erneutem Bezug auf 1 die Beschreibung des Herstellungsverfahrens fortgesetzt. Nach Schritt S4 wird die Kategorie eines in Verbindung mit der Deckenoberfläche zu verwendenden Motorventils ausgewählt (Schritt S5). In Schritt S5 wird zum Beispiel das Volumen der Wärmeisolationsfilm aus einem Produkt aus der in Schritt S4 gemessenen Filmdicke des Wärmeisolationsfilms und einer Filmbildungsfläche berechnet. Wenn der Wärmeisolationsfilm eine poröse Struktur hat, wird das Volumen als ein Volumen des gesamten Films einschließlich der inneren Poren berechnet. Da eine Fläche, auf der der Wärmeisolationsfilm in Schritt S3 gebildet wird, im Voraus bekannt ist, ist es grundsätzlich nicht notwendig, die Filmbildungsfläche zu messen. Wenn zum Beispiel der Wärmeisolationsfilm auf der gesamten Deckenoberfläche gebildet ist, wird ein Oberflächenbereich der Deckenoberfläche als die Filmbildungsfläche angenommen. Es ist zu beachten, dass, wenn das Volumen des Wärmeisolationsfilms exakt berechnet werden solle, die Filmbildungsfläche durch Messen der Koordinate des Wärmeisolationsfilms unter Verwendung der in 4 gezeigten Koordinatenmesseinheit 36 und dergleichen berechnet werden kann.
Die in Schritt S5 ausgewählte Kategorie des Motorventils ist eine Kategorie in Abhängigkeit von der Dicke eines Tellerabschnitts. 6 ist eine Ansicht, die Beispiele von zwei Motorventilen zeigt, die sich nur bezüglich der Dicken der Tellerabschnitte unterscheiden. Die zwei in 6 gezeigten Motorventile 22a, 22b umfassen Tellerabschnitte 24a bzw. 24b. Der Tellerabschnitt 24a umfasst eine obere Oberfläche 241a und eine untere Oberfläche 242a, und der Tellerabschnitt 24b umfasst eine obere Oberfläche 241b und eine untere Oberfläche 242b. Eine Dicke TVa des Tellerabschnitts 24a bezeichnet einen Abstand von der oberen Oberfläche 241a zu der unteren Oberfläche 242a an einer von der Mitte C_VS eines Ventilschafts nur um einen Radius r beabstandeten Position. Eine Dicke TVb des Tellerabschnitts 24b bezeichnet einen Abstand von der oberen Oberfläche 241b zu der unteren Oberfläche 242b an einer von der Mitte C_VS nur um den Radius r beabstandeten Position.
Vergleicht man die Dicken TV der in 6 gezeigten Tellerabschnitte 24a und 24b, so sieht man, dass der Tellerabschnitt 24b (die Dicke TVb) dünner als der Tellerabschnitt 24a (die Dicke TVa) ist. Das Motorventil 22a mit der Dicke TVa ist zum Beispiel einer Kategorie R₁ zugeordnet, und das Motorventil 22b mit der Dicke TVb ist zum Beispiel einer Kategorie R₂ zugeordnet. Es ist zu beachten, dass 6 beispielhaft die Kategorien R₁, R₂ als die Kategorie des Motorventils zeigt, aber es ist klar, dass die Anzahl von Kategorien für das Motorventil, bestimmt für die Auswahl in Schritt S5, auf 3 oder mehr festgelegt sein können.
Zum Beispiel wird in Schritt S5 ein Motorventil mit einer Kategorie, die einen Betrag der Differenz einer Kapazität des Verbrennungsraums gegemüber ihrem Sollwert minimieren kann, wenn ein Tellerabschnitt des Motorventils auf der Ventilsitzfläche aufsitzt, ausgewählt. Der Betrag der Differenz wird durch einen Betrag der Differenz des Volumens des Wärmeisolationsfilms, berechnet in Schritt 5, gegemüber seinem Sollwert verursacht. Der Sollwert des Volumens des Wärmeisolationsfilms wird im Voraus unter Berücksichtigung der Filmdicke und der in Schritt S3 einzustellenden Filmbildungsfläche als ein Volumen eines auf der Deckenoberfläche zu bildenden Wärmeisolationsfilms eingestellt. 7 eine Ansicht ist, die schematisch Beispiele von Motoren in Kombination jeweiliger Motorventile bezüglich der Deckenoberflächen von Verbrennungsräumen, auf denen jeweilige Wärmeisolationsfilmen mit unterschiedlichen Filmdicken gebildet sind, zeigt. Es ist zu beachten, dass in 7 der Fokus auf dem Kanal 16 des Zylinderkopfs 40 liegt und der Zylinderblock und der Kolben weggelassen sind.
Vergleicht man die Filmdicken TF eines Wärmeisolationsfilms 26a und eines Wärmeisolationsfilms 26b, die in 7 gezeigt sind, miteinander, so sieht man, dass der Wärmeisolationsfilm 26b (eine Filmdicke TFb) dicker als der Wärmeisolationsfilm 26a (eine Filmdicke TFa) ist. Daher wird zum Beispiel das Motorventil 22a der Kategorie R₁, das relativ dick ist, für den Wärmeisolationsfilm 26a in Kombination verwendet. Ferner wird zum Beispiel das Motorventil 22b der Kategorie R₂, das relativ dünn ist, für den Wärmeisolationsfilm 26b in Kombination verwendet. Hierdurch ist ein Vorsprungsbetrag EAb des Motorventils 22b in den Verbrennungsraum kleiner als ein Vorsprungsbetrag EAa des Motorventils 22a in den Verbrennungsraum. Dadurch fallen in beiden in 7 gezeigten Motoren entsprechende Volumina ihrer Verbrennungsräume in einen vorbestimmten Bereich. Es ist zu beachten, dass der Vorsprungsbetrag EAa ein Volumen des Tellerabschnitts 24a auf der Seite des Verbrennungsraums auf der Grundlage einer ringförmigen unteren Oberfläche 18c des Sitzrings 18 bezeichnet, wenn der Tellerabschnitt 24a auf der Ventilsitzfläche 18b aufsitzt. Entsprechend bezeichnet der Vorsprungsbetrag EAb ein Volumen des Tellerabschnitts 24b auf der Seite des Verbrennungsraums auf der Grundlage der ringförmigen, unteren Oberfläche 18c, wenn der Tellerabschnitt 24b auf der Ventilsitzfläche 18b aufsitzt.
Nachfolgend ist unter erneutem Bezug auf 1 die Beschreibung des Herstellungsverfahrens fortgesetzt. Nach Schritt S5 wird die in Schritt S5 ausgewählte Kategorie des Motorventils auf dem Zylinderkopf markiert (Schritt S6). Diese Markierung wird auf der Oberfläche des Zylinderkopfs, die von außen sichtbar ist, als Information, die ein Maß für die Kategorie des in Verbindung mit der Deckenoberfläche zu verwendenden Motorventils ist, markiert. Diese Information wird zum Beispiel durch Stempeln einer Markierung oder durch Eingravieren mit Hilfe einer Laserbearbeitung gespeichert. Statt der Markierung kann ein QR-Code (registriertes Markenzeichen) verwendet werden. Ferner kann statt der Markierung eine Identifikation durch die Position oder die Anzahl von Kerben verwendet werden. Durch Speichern einer solchen Information wird beim Zusammenbau eines Motors ein Motorventil der optimalen Kategorie für die Kombination mit der Deckenoberfläche ausgewählt. Ferner wird beim Austausch des Motorventils gegen ein neues ein Motorventil der optimalen Kategorie für die Kombination mit der Deckenoberfläche ausgewählt.
Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine optimale Kategorie für ein in Verbindung mit der Deckenoberfläche zu verwendendes Motorventil auf der Grundlage des Volumens des auf der Deckenoberfläche gebildeten Wärmeisolationsfilms verwendet werden. Demzufolge wird beim Zusammenbau des Motors eine Abweichung der Kapazität des Verbrennungsraums von ihrem Sollwert aufgrund einer Abweichung des Volumens des auf der Deckenoberfläche gebildeten Wärmeisolationsfilms von seinem Sollwert ausgeglichen, so dass die Kapazität des Verbrennungsraums innerhalb des vorbestimmten Bereichs fallen kann. Ferner kann mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform die optimale Kategorie des Motorventils an dem Zylinderkopf gespeichert werden. Demzufolge ist es nicht nur möglich zu verhindern, dass beim Zusammenbau des Motors die Kapazität des Verbrennungsraums von dem vorbestimmten Bereich abweicht, sondern auch beim Austausch des Motorventils gegen ein neues.
8 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens für einen Motor als Vergleich gegenüber dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In dem in 8 gezeigten Vergleichsbeispiel werden innere Umfangsoberflächen 18a, 20a durch ein Werkzeug 34 spanend bearbeitet, nachdem ein Wärmeisolationsfilm 26 auf einer Deckenoberfläche 14 gebildet wurde. Ferner wird in dem Vergleichsbeispiel ein Zerspanungsbetrag der inneren Umfangsoberfläche 18a entsprechend einer Differenz zwischen einer Filmdicke (einem Filmvolumen) des Wärmeisolationsfilms 26 und ihrem Sollwert eingestellt. Somit kann gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Kapazität eines Verbrennungsraums innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fallen, ähnlich dem Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jedoch ist es notwendig, um die in 8 gezeigte spanabhebende Bearbeitung durchzuführen, einen Zerspanungsprozess wenigstens nach Schritt S5 in 1 durchzuführen. Dies erhöht die Anzahl an Prozessschritten und damit die Kosten. In dieser Hinsicht hat das Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Vorteil, dass ein Prozess der spanabhebenden Bearbeitung in Schritt S2 von 1 abgeschlossen werden kann.
Ferner ist die obige Ausführungsform beschrieben, ohne zu spezifizieren, ob das in 2 gezeigte Motorventil 22 und dergleichen das Einlassventil oder das Auslassventil ist, da die vorliegende Erfindung sowohl auf das Einlassventil als auch auf das Auslassventil anwendbar ist. Es ist zu beachten, dass im Falle eines Motors, bei dem großes Gewicht auf die Einlasseffizienz oder Auslasseffizienz gelegt wird, die vorliegende Erfindung auf ein Ventil angewendet werden kann, das in einem anderen Kanal angeordnet ist als in einem Kanal, der für die Effizienz von Bedeutung ist. Ferner ist es im Falle eines Motors, der eine Verwirbelung in einem Verbrennungsraum erzeugt, möglich, die vorliegende Erfindung auf ein Auslassventil und nicht auf ein Einlassventil, das in einem tangentialen Kanal oder einem spiralförmigen Kanal angeordnet ist, anzuwenden. Mit anderen Worten, wenn in einer Phase der Motorentwicklung ein bestimmtes Ziel bezüglich des Einlasses und des Auslasses verfolgt wird, kann die vorliegende Erfindung auf ein anderes Motorventil als ein Motorventil, um das es geht, angewendet werden.
Ferner ist die obige Ausführungsform unter der Voraussetzung der Auswahl eines Motorventils einer Kategorie beschrieben worden, die einen Betrag der Differenz einer Kapazität eines Verbrennungsraums gegemüber ihrem Sollwert, wenn ein Tellerabschnitt des Motorventils auf einer Ventilsitzfläche aufsitzt, minimiert, wobei der Betrag der Differenz durch einen Betrag der Differenz eines Volumens eines Wärmeisolationsfilms gegemüber seinem Sollwert verursacht wird. Jedoch kann selbst im Falle eines Motorventils einer Kategorie, die von der Kategorie verschieden ist, die den Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert, wenn das Motorventil zu einer Kategorie gehört, minimiert und folglich die Kapazität des Verbrennungsraums innerhalb des vorbestimmten Bereichs in Verbindung mit der Deckenoberfläche (z. B. ein Motorventil einer Kategorie, die den Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert am zweitstärksten minimiert) bringen kann, das Motorventil statt des Motorventils der Kategorie ausgewählt werden, die den Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert minimiert. Das heißt, wenn ein Motorventil zu einer Kategorie eines Motorventils gehört, die in Verbindung mit der Deckenoberfläche verwendet wird und dem Betrag der Differenz des Volumens des Wärmeisolationsfilms gegenüber dem Sollwert entspricht, kann das Motorventil statt das Motorventil der Kategorie ausgewählt werden, die den Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert minimiert.
Ferner ist die obige Ausführungsform unter der Voraussetzung der Auswahl eines Motorventils einer Kategorie beschrieben worden, die einen Betrag der Differenz einer Kapazität eines Verbrennungsraums gegemüber ihrem Sollwert minimiert, wobei der Betrag der Differenz durch einen Betrag der Differenz eines Volumens eines Wärmeisolationsfilms gegemüber seinem Sollwert verursacht wird. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf mehrere Motorventile angewendet werden, die in einem gemeinsamen Verbrennungsraum angeordnet sind. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Motorventile der Kategorie, die den Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert minimiert, aus Kombinationen der mehreren Motorventile ausgewählt werden. Die Motorventile aus den Kombinationen der mehreren Motorventile auszuwählen, bedeutet, dass der Betrag der Differenz der Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber dem Sollwert durch Tellerabschnitte dieser Motorventile geteilt wird. Dies liefert folglich einen Vorteil dahingehend, dass die Abweichung eines Vorsprungsbetrags von jedem der Tellerabschnitte von seinem Sollwert verringert werden kann, und das Auftreten einer Fehlfunktion zusammen mit einer Änderung einer Dicke eines Tellerabschnitt kann in dem gesamten Verbrennungsraum, wo der Tellerabschnitt angeordnet ist, verringert werden.
Es ist zu beachten, dass in der obigen Ausführungsform die Schritte S1, S2 von 1 einem „Herstellungsschritt“ der ersten Erfindung entspricht, Schritt S3 einem „Filmbildungsschritt“ der Erfindung entspricht, Schritt S4 einem „Messschritt“ der Erfindung entspricht und Schritt S5 einem „Auswahlschritt“ der Erfindung entspricht. Ferner entspricht in der obigen Ausführungsform Schritt S6 von 1 einem „Speicherschritt“ der zweiten Erfindung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011256730 A [0002]
JP 2000356165 A [0017]

Claims

Herstellungsverfahren für einen Motor, das umfasst: Herstellen, als ein Herstellungsschritt, eines Zylinderkopfs (10) mit einer Oberfläche, auf der eine Deckenoberfläche (14) eines Verbrennungsraums gebildet ist; Bilden, als ein Filmbildungsschritt, eines Wärmeisolationsfilms (26, 26a, 26b) auf der Deckenoberfläche (14); Messen, als ein Messschritt, eines Volumens des Wärmeisolationsfilms (26, 26a, 26b); und Auswählen, als ein Auswahlschritt, einer Kategorie (R1, R2) eines in Verbindung mit der Deckenoberfläche (14) zu verwendenden Motorventils (22, 22a, 22b) so, dass sie einem Betrag der Differenz eines gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms (26, 26a, 26b) gegenüber einem Sollwert eines Volumens des Wärmeisolationsfilms (26, 26a, 26b) entspricht, wobei die Kategorie von mehreren Kategorien (R1, R2) ausgewählt wird, die entsprechend Dicken (TVa, TVb) von Tellerabschnitten (24, 24a, 24b) von Motorventilen (22, 22a, 22b) eingestellt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Speichern einer Information über die Kategorie (R1, R2), die in dem Auswahlschritt ausgewählt wird, auf der Oberfläche des Zylinderkopfs (10) .
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kategorie (R1, R2) des in dem Auswahlschritt auszuwählenden Motorventils (22, 22a, 22b) eine Kategorie (R1, R2) mit einer Dicke (TVa, TVb) eines Tellerabschnitts (24, 24a, 24b) ist, wobei die Dicke einen Betrag der Differenz einer Kapazität des Verbrennungsraums gegenüber einem Sollwert der Kapazität des Verbrennungsraums, wenn der Tellerabschnitt (24, 24a, 24b) des Motorventils (22, 22a, 22b) auf einer Ventilsitzfläche (18b) aufsitzt, minimiert, wobei der Betrag der Differenz durch den Betrag der Differenz des gemessenen Volumens des Wärmeisolationsfilms (26, 26a, 26b) gegenüber dem Sollwert verursacht ist.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b), der in dem Filmbildungsschritt gebildet wird, ein Wärmeisolationsfilm (26, 26a, 26b) mit einer porösen Struktur ist.