DE102018105015A1

DE102018105015A1 - Verbrennungsmotor und verfahren zum bilden

Info

Publication number: DE102018105015A1
Application number: DE102018105015.1A
Authority: DE
Inventors: Clifford E. Maki; Antony George Schepak
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US20180258878A1; CN108568509A; CN108568509B; US10174707B2

Abstract

Bereitgestellt werden ein Werkzeug und ein Verfahren zum Bilden eines Motors mithilfe des Werkzeugs. Das Werkzeug beinhaltet einen Einsatz und wenigstens eine Gussform. Der Einsatz wird durch Bilden eines Bohrungszwischendurchlasses zwischen einer ersten und einer zweiten Zwillingszylinderlaufbuchse, Gießen eines Schmelzkerns und anschließendes Gießen einer Metallschale gebildet. Der Einsatz wird in einer Gussform des Werkzeugs positioniert und der Motorblock wird gegossen. Dann kann das Schmelzkernmaterial entfernt werden, um den Kühlmantel bereitzustellen. Der Motor beinhaltet einen Zylinderblock mit einem Kühlmantel, der die erste und zweite Zwillingszylinderlaufbuchse in Umfangsrichtung umgibt, die eine geschlossene Deckplatte schneiden. Der Kühlmantel weist in einem ersten und einem zweiten axialen Abschnitt jeweils eine erste und eine zweite Breite auf. Ein Bohrungszwischenbereich der ersten und zweiten Zylinderlaufbuchse definiert einen ersten und einen zweiten Zwischenbohrungskühldurchlass, die von der Deckplatte beabstandet und parallel zueinander sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Zylinderblock für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren und ein Werkzeug zum Herstellen oder Bilden des Motors.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Verbrennungsmotorzylinderblock kann mithilfe eines Hochdruckgießverfahrens gebildet werden. Ein üblicher Zylinderblock, der in diesem Verfahren gebildet wird, führt in der Regel zu einer Kühlmantelkonfiguration mit offener Deckplatte, wobei die Tiefe des Wassermantels durch das Kopfbolzenmuster und die Kopfbolzengröße im Bauraum eingegrenzt wird. Die Kopfschraubensäulen können für strukturelle Steifigkeit abgemessen und für richtige Vorspannkraft positioniert sein. Die Wanddicke der Zylinderbohrung oder Zylinderauskleidung kann auf Grundlage von Verbrennungsdrücken und der von den Kopfbolzen ausgeübten Vorspannkraft ausgewählt werden. Strukturelle Einschränkungen und Materialauswahl spielen auch eine Rolle bei der Auslegung des Verbrennungsmotorzylinderblocks und der resultierenden Leistung für das Motorsystem. Beispielsweise stellt ein üblicher Kühlmantel in einem Motorzylinderblock, der in einem Hochdruckgießverfahren in Kombination mit Bohrungsgröße und Bohrungsabstand zusammen mit der Kopfschraubengröße und dem Kopfschraubenmuster die Größe und Form der resultierenden Kühlmantelöffnung an der Deckelplatte bereit. Außerdem kann die Form des Kühlmantels im üblichen Block auf Grundlage der Verwendung einer Blattgussform mit einer festgelegten Entformungsschräge während des Hochdruckgießprozesses begrenzt werden. Die Form und Größe des Kühlmantels können sowohl unter thermischen als auch strukturellen Aspekten die Motorleistung beeinflussen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden eines Motors bereitgestellt. Ein Bohrungszwischendurchlass ist zwischen einer ersten und zweiten Zwillingszylinderlaufbuchse gebildet. Ein Schmelzkern wird um eine Außenfläche der Laufbuchsen kerngegossen. Eine Metallschale wird um den Schmelzkern und die Laufbuchsen gegossen, um einen Einsatz zu bilden. Der Einsatz wird in einem Werkzeug positioniert. Ein Motorblock wird um den Einsatz im Werkzeug gegossen. Der Schmelzkern wird aus dem Block entfernt, um einen Kühlmantel zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Werkzeug mit einem Einsatz und wenigstens einer Gussform versehen, die dazu vorgesehen ist, den Einsatz aufzunehmen, und eine Zylinderblockbildungsfläche aufweist. Der Einsatz beinhaltet eine erste und zweite Zwillingszylinderlaufbuchse mit wenigstens einem darin gebildeten Bohrungszwischendurchlass und ein Schmelzkernmaterial, das um eine Außenfläche der Laufbuchsen herum gebildet ist. Das Schmelzkernmaterial weist in einer axialen Richtung eine abnehmende Dicke auf. Der Einsatz weist eine Metallschale auf, die den Schmelzkern und die Laufbuchsen einkapselt.
In wieder einer anderen Ausführungsform ist ein Motor mit einem Zylinderblock versehen, der eine erste und zweite Zwillingszylinderlaufbuchse aufweist, die eine geschlossene Deckplatte schneiden. Der Block definiert einen Kühlmantel, der die Zylinderlaufbuchsen in Umfangsrichtung umgibt. Der Kühlmantel weist eine obere Wand, die von der Deckplatte beabstandet ist, eine erste Breite an einem ersten Axialabschnitt der Laufbuchsen und eine zweite Breite an einem zweiten Axialabschnitt der Laufbuchsen auf. Der zweite Axialabschnitt ist zwischen der Deckplatte und dem ersten Axialabschnitt positioniert, und die erste Breite ist kleiner als die zweite Breite. Ein Bohrungszwischenbereich des ersten und zweiten Zylinders definiert einen ersten und zweiten Zwischenbohrungskühldurchlass, die sich darüber erstrecken, wobei der erste und zweite Bohrungszwischendurchlässe von der Deckplatte beabstandet und parallel zueinander sind.
Figurenliste

1 stellt ein Schema eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform dar;
2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Zylinderblocks gemäß einer Ausführungsform dar;
3 stellt ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Bilden des Zylinderblocks aus 2 gemäß einer Ausführungsform dar;
4 stellt eine perspektivische Ansicht einer Zylinderlaufbuchsenbaugruppe zur Verwendung beim Bilden des Zylinderblocks aus 2 dar;
5 stellt eine perspektivische Ansicht der Zylinderlaufbuchse aus 4 mit einem überformten Schmelzkern zur Verwendung beim Bilden des Zylinderblocks aus 2 dar;
6 stellt eine perspektivische Ansicht eines Einsatzes zur Verwendung beim Bilden des Zylinderblocks aus 2 dar, wobei der Einsatz die überformte Schmelzkernlaufbuchsenbaugruppe aus 5 verkörpert;
7 stellt eine Schnittansicht des Einsatzes aus 6 dar;
8 stellt eine zweite Schnittansicht des Einsatzes aus 6 dar; und
9 stellt ein Schema eines Werkzeugs zur Verwendung beim Bilden des Zylinderblocks aus 2 mithilfe des Einsatzes aus 6 dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden detaillierte Ausführungsformen offenbart; allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, die Fachleute hinsichtlich der unterschiedlichen Anwendungsweisen der vorliegenden Offenbarung lehren soll.
1 stellt ein Schema eines Verbrennungsmotors 20 dar. Der Motor 20 weist eine Vielzahl von Zylindern 22 auf, und dargestellt ist ein Zylinder. In einem Beispiel ist der Motor 20 ein Vierzylinder-Reihenmotor und weist in anderen Beispielen andere Anordnungen und Zahlen von Zylindern auf. In einem Beispiel können die Zylinder in einer Zwillingskonfiguration angeordnet sein, beispielsweise als eine miteinander verbundene Kolonne von Zylindern. In verschiedenen Beispielen kann der Zylinderblock eine Konfiguration mit geschlossener Deckplatte oder eine Konfiguration mit halb geschlossener Deckplatte aufweisen. Der Block des Motors 20 und der Zylinderkopf können aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall gegossen sein. In einem anderen Beispiel können der Block des Motors 20 und/oder der Zylinderkopf aus einem Verbundmaterial gegossen oder geformt sein, darunter faserverstärkter Kunststoff und andere geeignete Materialien.
Der Motor 20 weist eine Verbrennungskammer 24 auf, die den einzelnen Zylindern 22 zugeordnet ist. Der Zylinder 22 ist durch Zylinderwände 32 gebildet. Der Zylinder und der Kolben 34 wirken zusammen, um die Verbrennungskammer 24 zu definieren. Die Zylinderwände 32 können durch eine Zylinderlaufbuchse wie unten beschrieben gebildet sein, und die Zylinderlaufbuchse kann aus einem anderen Material als der Block oder dem gleichen Material wie der Block gebildet sein.
Der Kolben 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Verbrennungskammer 24 steht mit dem Ansaugkrümmer 38 und dem Abgaskrümmer 40 in Fluidverbindung. Ein Ansaugventil 42 steuert den Strom vom Ansaugkrümmer 38 in die Verbrennungskammer 24. Ein Auslassventil 44 steuert den Strom von der Verbrennungskammer 24 zum Abgaskrümmer 40. Das Ansaug- und Auslassventil 42, 44 können auf unterschiedliche im Stand der Technik bekannte Weisen betrieben werden, um den Motorbetrieb zu steuern.
Eine Kraftstoffeinspritzdüse 46 gibt Kraftstoff aus einem Kraftstoffsystem direkt in die Verbrennungskammer 30 ab, womit der Motor ein Direkteinspritzmotor ist. Mit dem Motor 20 kann ein Niederdruck- oder Hochdruckkraftstoffeinspritzsystem verwendet werden, oder in anderen Beispielen kann ein Saugrohreinspritzsystem verwendet werden. Ein Zündsystem beinhaltet eine Zündkerze 48, die gesteuert wird, um Energie in Form eines Funkens bereitzustellen, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 30 zu zünden. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffabgabesysteme und Zündsysteme oder - techniken verwendet werden, einschließlich Selbstzündung.
Der Motor 20 beinhaltet eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die zum Bereitstellen von Signalen zur Verwendung bei der Steuerung der Luft- und Kraftstoffabgabe an den Motor, des Zündzeitpunkts des Leistungs- und Drehmomentausgangs des Motors und dergleichen an die Steuerung konfiguriert sind. Zu den Motorsensoren können, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Sauerstoffsensor im Abgaskrümmer 40, eine Motorkühlmitteltemperatur, ein Gaspedalpositionssensor, ein Motorkrümmerdruck(manifold pressure - MAP)-Sensor, ein Motorpositionssensor für die Kurbelwellenposition, ein Luftmassensensor im Ansaugkrümmer 38, ein Drosselklappenpositionssensor und dergleichen gehören.
In einigen Ausführungsformen wird der Motor 20 als alleiniger Hauptantrieb in einem Fahrzeug verwendet, wie etwa einem üblichen Fahrzeug oder einem Stopp-Start-Fahrzeug. In anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, in dem ein weiterer Hauptantrieb wie etwa eine elektrische Maschine verfügbar ist, um zusätzliche Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen.
Jeder Zylinder 22 kann in einem Viertaktzyklus arbeiten, der einen Ansaughub, einen Verdichtungshub, einen Zündhub und einen Ausstoßhub beinhaltet. In anderen Ausführungsform kann der Motor mit einem Zweitaktzyklus arbeiten. In anderen Beispielen kann der Motor 20 mit einem Zweitaktzyklus arbeiten. Während des Ansaughubs öffnet sich das Ansaugventil 42, und das Auslassventil 44 schließt sich, während sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zur Unterseite des Zylinders 22 bewegt, um Luft aus dem Ansaugkrümmer in die Verbrennungskammer einzulassen. Die Position des Kolbens 34 an der Oberseite des Zylinders 22 wird allgemein als oberer Totpunkt (top dead center - TDC) bezeichnet. Die Position des Kolbens 34 an der Unterseite des Zylinders 22 wird allgemein als unterer Totpunkt (bottom dead center - BDC) bezeichnet.
Während des Verdichtungshubs sind das Ansaug- und Auslassventil 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich von der Unterseite zur Oberseite des Zylinders 22, um die Luft in der Verbrennungskammer 24 zu verdichten.
Dann wird Kraftstoff in die Verbrennungskammer 24 eingeleitet und gezündet. Bei dem gezeigten Motor 20 wird der Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann mithilfe der Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Selbstzündung gezündet werden.
Während des Expansionshubs dehnt sich das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Verbrennungskammer 24 aus und bewirkt dadurch, dass sich der Kolben 34 von der Oberseite des Zylinders 22 zur Unterseite des Zylinders 22 bewegt. Die Bewegung des Kolbens 34 bewirkt eine entsprechende Bewegung der Kurbelwelle 36 und stellt einen mechanischen Drehmomentausgang von dem Motor 20 bereit.
Während des Ausstoßhubs bleibt das Ansaugventil 42 geschlossen und das Auslassventil 44 öffnet sich. Der Kolben 34 bewegt sich von der Unterseite des Zylinders zur Oberseite des Zylinders 22, um Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer 24 zu entfernen, indem er das Volumen der Kammer 24 reduziert. Die Abgase strömen vom Verbrennungszylinder 22 zum Abgaskrümmer 40 und in ein Nachbehandlungssystem wie etwa einen katalytischen Wandler.
Position und Taktung des Ansaug- und Auslassventils 42, 44 sowie Zeitpunkt der Einspritzung und Zündung des Kraftstoffs können für verschiedene Motorhübe variiert werden.
Der Motor 20 weist einen Zylinderkopf 72 auf, der mit einem Zylinderblock 70 oder Kurbelgehäuse verbunden ist, um die Zylinder 22 und die Verbrennungskammern 24 zu bilden. Eine Zylinderkopfdichtung 74 ist zwischen dem Zylinderblock 70 und dem Zylinderkopf 72 angeordnet, um die Zylinder 22 abzudichten. Jeder Zylinder 22 ist an einer jeweiligen Zylinderachse 76 angeordnet. Bei einem Motor mit in Reihen angeordneten Zylindern 22 sind die Zylinder 22 an der Längsachse 78 des Blocks 70 angeordnet.
Der Motor 20 weist ein oder mehrere Fluidsysteme 80 auf. Im gezeigten Beispiel weist der Motor 20 ein Fluidsystem mit zugehörigen Mänteln im Block 70 und Kopf 72 auf, auch wenn eine beliebige Anzahl von Systemen möglich ist. Der Motor 20 weist ein Fluidsystem 80 auf, das wenigstens teilweise in einen Zylinderblock 70 integriert sein kann und auch wenigstens teilweise in den Kopf 72 integriert sein kann. Das Fluidsystem 80 weist einen Mantel 84 im Block 70 auf, der mit einem Mantel 86 im Kopf, der als ein Kühlsystem, ein Schmiersystem und dergleichen dienen kann, in Fluidverbindung steht. In anderen Beispielen kann das System 80 nur durch einen Mantel 84 im Block 70 bereitgestellt werden, und es kann ein separates Kühlsystem zum Kühlen des Kopfes 72 verwendet werden.
Im gezeigten Beispiel ist das Fluidsystem 80 ein Kühlmantel und ist dazu vorgesehen, Wärme vom Motor 20 abzuführen. Die vom Motor 20 abgeführte Wärme kann durch eine Kühlsystemsteuerung oder die Motorsteuerung gesteuert werden. Das Fluidsystem 80 weist einen oder mehrere Fluidmäntel oder -kreisläufe auf, die Wasser, ein anderes Kühlmittel oder ein Schmiermittel als Arbeitsfluid in flüssigem, dampfförmigem oder Mischphasenzustand enthalten können. Im vorliegenden Beispiel enthält das erste System 80 ein Kühlmittel wie etwa Wasser, ein wasserbasiertes Kühlmittel, ein glykolbasiertes Kühlmittel oder dergleichen. Das Fluidsystem 80 weist eine oder mehrere Pumpen 88 und einen Wärmetauscher 90 wie etwa einen Kühler auf. Die Pumpe 88 kann mechanisch angetrieben sein, z. B. durch eine Verbindung zu einer Drehwelle des Motors, oder kann elektrisch angetrieben sein. Das System 80 kann auch Ventile, Thermostate und dergleichen (nicht dargestellt) beinhalten, um während des Motorbetriebs den Strom oder Druck von Fluid zu steuern oder Fluid im System 80 zu lenken.
Verschiedene Abschnitte und Durchlässe in den Fluidsystemen und Mänteln 80 können einstückig mit dem Motorblock und/oder Kopf gebildet sein, wie unten beschrieben. Fluiddurchlässe im Fluidsystem 80 können im Zylinderblock 70 angeordnet sein und können zu den Zylindern 22 und Verbrennungskammern 24 benachbart angeordnet sein und diese wenigstens teilweise umgeben.
2 stellt einen Zylinderblock 100 gemäß einer Ausführungsform dar. Der Zylinderblock 100 kann als ein Block 70 in dem unter Bezugnahme auf 1 oben beschriebenen Motor 20 verwendet werden. Der Block ist zur Verwendung mit einem Viertakt-Reihenmotor vorgesehen, auch wenn auch eine größere oder kleinere Anzahl Zylinder möglich ist. Der Block 100 kann auch mit einem anderen Block gebildet werden, um einen Motor mit einer V-Konfiguration für die Zylinder oder anderen Anordnungen der Zylinder zu bilden.
Der Block 100 weist eine Längsachse 102 auf. Eine Kolonne 104 aus Zwillingszylinderlaufbuchsen 106 ist im Block vorgesehen. Die Zylinder 106 schneiden die Deckplatte 108. Der Block 100 ist mit einer geschlossenen Deckplatte 108 oder einer halb offenen Deckplatte gebildet. Eine halb offene oder geschlossene Deckplatte 108 bezeichnet eine Deckplatte des Blocks 100, die im Allgemeinen oder im Wesentlichen massiv ist, wobei selektiv Kühlmittelöffnungen von dem Blockkühlmantel zu den entsprechenden Öffnungen an einer Kopfdeckplatte vorgesehen sind. Im Gegensatz dazu schneidet bei einer Auslegung mit offener Deckplatte der Kühlmantel die Deckplatte des Blocks fortlaufend an einem Außenumfang der Laufbuchsen oder weist nur einige wenige Brückenträger über dem Mantel an der Deckplatte auf.
Eine Reihe von Kopfschraubenbohrungen 110 oder Kopfschraubensäulen 110, die Kopfschrauben aufnehmen, wenn der Kopf zur Montage des Motors am Block 100 verbunden wird, umgibt die Zylinder 106.
Ein Kühlmantel 112 umgibt einen Außenumfang der Kolonne 104 aus Zylindern und erstreckt sich in den Block 100, derart, dass der Mantel 112 die Laufbuchsen in Umfangsrichtung umgibt. Der Mantel 112 kann die Deckplatte 108 an verschiedenen Öffnungspositionen 114 schneiden, um Kühlmittel vom Block 100 zum Kopf zu lenken. Der Mantel 112 wird im Folgenden detaillierter beschrieben.
Ein Bohrungszwischenbereich 116 ist zwischen benachbarten Zylindern 106 vorgesehen. Der Bohrungszwischenbereich 116 kann mit einem oder mehreren Zwischenbohrungskühldurchlässen versehen sein, wie unten beschrieben, und die Zwischenbohrungskühldurchlässe können eine Öffnung 118 aufweisen, wie in 1 gezeigt, um Kühlmittel vom Block 100 zum Kopf zu lenken. In anderen Beispielen kann der Bohrungszwischenbereich 116 ohne eine Öffnung 118 vorgesehen sein.
Im Folgenden werden ein Verfahren und System zum Bilden des Blocks 100 und des Motors 20 beschrieben. 3 stellt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 gemäß einer Ausführungsform dar. Gemäß verschiedenen Beispielen der Offenbarung kann das Verfahren 200 mehr oder weniger Schritte als dargestellt beinhalten, die Reihenfolge der Schritte kann verändert werden und verschiedene Schritte können nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden. In einem Beispiel werden die Schritte des Verfahrens 200 wie dargestellt aufeinanderfolgend durchgeführt.
Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 202, in dem eine Kolonne 104 von Laufbuchsen 106 gebildet wird. Die Kolonne 104 kann mithilfe eines Extrusionsprozesses gebildet werden, derart, dass die Laufbuchsen 106 in den Bohrungszwischenbereichen miteinander verbunden werden und die resultierende Kolonne oder Laufbuchsenbaugruppe 104 einstückig mit einer Reihe von Zwillingszylinderlaufbuchsen gebildet wird. Die Laufbuchsenbaugruppe 104 kann durch Extrudieren der Zylinderlaufbuchsen als einstückige Zylinderkolonne bereitgestellt werden. Der Extrusionsprozess stellt eine Laufbuchsenbaugruppe 104 mit einer gewünschten Anzahl von Zylindern 106 einer gewünschten Länge bereit. Die Laufbuchsenbaugruppe 104 kann aus einem Extrusionsprozess mit Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einer Eisenlegierung oder einem anderen Material gebildet werden. Die Laufbuchsenbaugruppe oder Kolonne 104 ist gemäß einem Beispiel in 4 dargestellt.
Bei 204 wird die Laufbuchsenbaugruppe 104 nachbearbeitet. Die Laufbuchsenbaugruppe 104 kann nachbearbeitet werden, um eine Beschichtung 120 an einer Innenfläche 122 jeder Laufbuchsenwand bereitzustellen. In einem Beispiel wird die Innenfläche 122 oder innere Fläche der Laufbuchsenbaugruppe 104 mechanisch aufgeraut und mit einer ausreichenden Beschichtungsdicke wärmesprühbeschichtet, um eine dimensionale Verlagerung zu ermöglichen, so dass die Laufbuchsenbaugruppe 104 als ein eingesetzter Kerneinsatz dient, wobei diese Innenwand 122 verwendet wird, um die Laufbuchsenbaugruppe im zweiten Werkzeug zu positionieren, wie unten beschrieben. In einem Beispiel kann die Wärmesprühbeschichtung 120 ein Plasmabeschichtungsprozess sein. Die Laufbuchsenbaugruppe kann extrudiert und nachbearbeitet werden, wie in der US-Patentanmeldung Seriennr. 15/056201, eingereicht am 29. Februar 2016 beschrieben ist, deren Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Gegenstand mit einbezogen wird.
Ferner kann wenigstens ein Abschnitt der Außenfläche 124 der Laufbuchsenbaugruppe nachbearbeitet werden, um ein Muster oder eine Struktur an der Außenfläche bereitzustellen, beispielsweise als eine Makro- oder Mikrostruktur oder ein Makro- oder Mikromuster, gezeigt unter 126, 128, jeweils in unterbrochenen Linien als Beispiel. In einem Beispiel wird wenigstens ein Abschnitt der Außenfläche 124 bearbeitet, so dass er ein Muster wie etwa Rillen, Riffel oder ein anderes Muster aufweist, das in der Außenfläche gebildet ist. In einem anderen Beispiel wird wenigstens ein Abschnitt der Außenfläche 124 bearbeitet oder in anderer Weise für eine festgelegte Oberflächenrauheit verarbeitet, beispielsweise als eine strukturierte Fläche. In einer anderen Abwandlung kann die Außenfläche 124 in verschiedenen Bereichen der Laufbuchsenbaugruppe unterschiedliche Muster oder Rauheit aufweisen, beispielsweise zwischen den Bohrungen anders als in der Mitte der Bohrungen, oder in einer axialen Richtung 130 des Zylinders 106, um eine weitere Wärmesteuerung und -regelung im Zylinderblock 100 bereitzustellen. Die unterschiedlichen makro- oder mikrostrukturierten Muster 126, 128 an der Außenfläche 124 der Laufbuchsenbaugruppe 104 können unterschiedliche Strömungs- und Oberflächeneigenschaften bereitzustellen, die zu unterschiedlichen Wärmeübertragungsraten entlang der Länge der Bohrung führen können, um eine gleichmäßigere Bohrungswandtemperatur aufrechtzuerhalten. In anderen Beispielen kann die Laufbuchsenbaugruppe zur Verwendung vorgesehen sein, wobei die Außenfläche 124 die extrudierte Fläche ist und frei von Strukturen oder Mustern 126, 128 ist.
Zwischen benachbarten Zylindern sind Bohrungszwischendurchlässe 132 in die Baugruppe 104 eingearbeitet. Da sich die Laufbuchsenbaugruppe 104 zu diesem Zeitpunkt leicht verarbeiten lässt und frei von umgebenden Strukturen ist, können die Bohrungszwischendurchlässe 132 mit leichter Zugänglichkeit und Flexibilität hinsichtlich des Werkzeugwinkels relativ zur Baugruppe 104 mithilfe eines Bohr- oder Fräsprozesses bearbeitet werden. Die Baugruppe 104 ist mit identischen Bohrungszwischendurchlässen 132 an den verschiedenen Positionen zwischen Bohrungen gezeigt; abhängig von den Motorkühlungsanforderungen und -strategien können jedoch unterschiedlich geformte und/oder große Durchlässe an verschiedenen Positionen zwischen Bohrungen bereitgestellt werden. Die Bohrungszwischendurchlässe 132 können durch Querbohren der Laufbuchsenbaugruppe bereitgestellt werden, derart, dass sich ein Durchlass von der ersten Seite zu einer zweiten gegenüberliegenden Seite der Laufbuchsenbaugruppe erstreckt.
Im vorliegenden Beispiel wird der Bohrungszwischendurchlass 132 durch einen ersten und einen zweiten Bohrungszwischendurchlass 133, 134 bereitgestellt, die von der Deckplatte 108 und voneinander beabstandet sind. Der erste und zweite Durchlass 133, 134 können erste Seite 136 der Laufbuchsenbaugruppe 104 schneiden und sich im Allgemeinen über die Laufbuchsenbaugruppe bis zu einer Blindtiefe erstrecken. In anderen Beispielen können sich der erste und zweite Durchlass 133, 134 zu einer zweiten gegenüberliegenden Seite durch die Laufbuchsenbaugruppe erstrecken. Der erste und zweite Bohrungszwischendurchlass 133, 134 können parallel zueinander und auch parallel zur Deckplatte 108 sein. In anderen Beispielen können der erste und zweite Durchlass 133, 134 nicht parallel zueinander sein, und einer oder beide Durchlässe können nicht parallel zur Deckplatte 108 sein. Der erste und zweite Durchlass 133, 134 können gleich groß oder unterschiedlich groß sein. Der erste und zweite Durchlass 133, 134 Können durch einen dritten Durchlass 135 miteinander verbunden sein, der die Deckplatte 108 schneidet und die Öffnung 118 bereitstellt. Der dritte Durchlass 135 kann relativ zur Deckplatte 108 allgemein senkrecht oder anderweitig abgewinkelt sein und kann einen größeren Durchmesser als der erste oder zweite Durchlass 133, 134 aufweisen. In weiteren Beispielen können in einem Bohrungszwischenbereich, der den dritten Durchlass schneidet zusätzliche Durchlässe vorgesehen sein, die dem ersten und zweiten Durchlass gleichen.
Bei Schritt 206 wird ein Schmelzkern um die Laufbuchsenbaugruppe 104 herum gebildet. Der Schmelzkern 140 kann ein Salzkern, ein Sandkern, ein Glaskern, ein Schaumkern oder ein anderes Schmelzkernmaterial sein, wie jeweils geeignet. In einem Beispiel beinhaltet das Schmelzkernmaterial ein Kaliumchlorid oder Natriumchlorid. Der Schmelzkern 140 wird in einer vorgegebenen Form und Größe um die Laufbuchsenbaugruppe 104 herum gebildet. Der Kern 140 wird im Allgemeinen in der gewünschten Form und Größe des Kühlmantels 112 bereitgestellt, und auch, um die Einlass- und Auslasskühlmittelzuführwege zu bilden. Das Schmelzkernmaterial kann die Bohrungszwischendurchlässe 132 in der Laufbuchsenbaugruppe füllen. Das Schmelzkernmaterial, geschützt durch die Schale wie unten beschrieben, ermöglicht einen resultierenden eingegossenen Kühlmantel 112 mit Merkmalen, die einen Abrundungsradius von weniger als zwei Millimetern oder sogar weniger als einem Millimeter ohne Integritätsverlust aufweisen.
Das Material des Schmelzkerns 140 kann an unterschiedlichen Axialpositionen entlang der Laufbuchsenbaugruppe 104 mit unterschiedlicher Dicke gebildet sein. Der Schmelzkern 140 kann entlang einer axialen Länge der Laufbuchsenbaugruppe mit einer abnehmenden Dicke und in anderen Bereichen mit einer im Allgemeinen konstanten Dicke gebildet sein. Der Schmelzkern 140 kann an einem oberen Bereich 142 der Laufbuchsenbaugruppe benachbart zum Bohrungszwischendurchlass mit einer erste Dicke und an einem unteren Bereich 144 der Laufbuchsenbaugruppe mit einer zweite Dicke gegossen sein, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist, um ein größeres Kühlmittelvolumen benachbart zu den oberen, wärmeren Bereichen der Zylinder bereitzustellen, um eine gleichmäßige Kühlung und Temperatur entlang der axialen Länge des Zylinders bereitzustellen und Laufbuchsenverformung zu reduzieren. In einem Beispiel weisen der Schmelzkern 140 und der resultierende Kühlmantel 112 keine oder nur eine sehr geringe Entformungsschräge auf. Ferner kann der Schmelzkern 140 anders als übliche Kühlmäntel in anderen Beispielen Bereiche erhöhter Dicke in Zwischenbereichen der Laufbuchsenbaugruppe 104 entfernt von der Deckplatte 108 aufweisen.
Der Schmelzkern 140 kann auch selektiv um die Laufbuchsenbaugruppe 104 herum gebildet werden. Der Schmelzkern kann so um die Außenfläche der Laufbuchsenbaugruppe 104 herum gegossen werden, dass er alternierende Bereiche 145 aufweist, die von einem oberen Ende der Laufbuchsenbaugruppe 104 um einen Außenumfang der Laufbuchsen herum beabstandet und unmittelbar dazu benachbart sind. Eine obere Kante 146 des Schmelzkernmaterials kann daher wenigstens in Bereichen um den Umfang der Laufbuchsenbaugruppe 104 herum von einer oberen Kante 147 der Zylinderlaufbuchsen 106 beabstandet sein. Später bei Schritt 208 wird die Schale gegossen, wie unten beschrieben, um die Bereiche 145 zu füllen, die von dem oberen Ende der Laufbuchsen beabstandet sind, derart, dass der Block 100 mit einer geschlossenen Deckplatte oder halboffenen Deckplatte gegossen wird. Abschnitte 148 des Schmelzkern 140 sind mit der oberen Kante 147 der Laufbuchsenbaugruppe 104 komplanar. Diese Abschnitte 148 stellen resultierende Kühlungsöffnungen 114 für den Mantel 112 im fertigen Block 100 bereit.
Der Schmelzkern 140 kann mit einem Muster an der Außenfläche 149 des Schmelzkerns beim Gießen des Schmelzkerns gebildet werden. Das Muster 150 kann als ein Negativ im Schmelzkern gebildet werden, um später eine Fluidführung zu ergeben, die in der Außenwand des Kühlmantels 112 der Blocks gebildet ist. In einem Beispiel ist das Muster 150 an unterschiedlichen Positionen im Kern 140 um die Laufbuchsenbaugruppe 104 herum als Führungsform positioniert, die dazu konfiguriert ist, Führungen zu bilden, um Kühlmittel zu den Bohrungszwischendurchlässen zu einem Bohrungszwischenbereich hin zu lenken, um ein Verrühren oder Mischen des Kühlmittels in verschiedenen Tiefen im Kühlmantel zu bewirken, um das Kühlmittel in den Mantel oder aus dem Mantel heraus zu lenken, und dergleichen. Beispielsweise können die Muster 150 so positioniert sein, dass sie gerade, gekrümmte oder andere komplexe Formen, Führungen oder Lamellen bilden, die dazu konfiguriert sind, das Mischen oder Verwirbeln des Kühlmittels an verschiedenen Positionen im Kühlmantel 112 zu verbessern, um Kühlmitteltemperaturschwankung im Mantel zu reduzieren.
Bei Schritt 208 werden die Laufbuchsenbaugruppe 104 und das gegossene Material des Schmelzkerns 140 mit einer Schale 160 eingekapselt, um einen Einsatz 162 zu bilden. Ein Beispiel eines Einsatzes 162 ist in den 6-8 dargestellt. Eine Schale 160 umgibt oder kapselt den Schmelzkern 140 ein, derart, dass sie wenigstens einen Abschnitt der Außenfläche des Schmelzkerns 140 abdeckt. Die Schale 160 kann den Kern 140 vollständig einkapseln oder einen Abschnitt des Kerns 140 abdecken. Wenn ein Bereich des Kerns 140 unbedeckt gelassen wird, interagiert er während der Bildung des Motorblocks 100 nicht mit dem eingespritzten Material, um eine Zerstörung des Kerns 140 zu verhindern.
In einem Beispiel wird ein Druckgieß- oder Gießprozess verwendet, um die Schale 160 unter Aufrechterhaltung der Festigkeit des Schmelzkerns 140 zu bilden. Eine erste Gussform, Gießform oder ein erstes Werkzeug kann mit der Form des Einsatzes 162 versehen werden. Die Laufbuchsenbaugruppe 104 und der Kern 140 werden in der Gussform positioniert und die Schale 160 wird um den Kern 140 herum gegossen oder in anderer Weise gebildet. Die Schale 160 durch Einspritzen von Metallschmelze oder einem anderen Material in die Gießform in einem Niederdruckgießprozess gebildet werden. Die Metallschmelze kann bei einem niedrigen Druck zwischen 2-10 psi (0,14-0,69 bar), 2-5 psi (0,14-0,34 bar) oder einem anderen ähnlich niedrigen Druckbereich mittels Schwerkraftzuführung eingespritzt werden. Das zum Bilden der Schale 160 verwendete Material kann das gleiche Metall oder die gleiche Metalllegierung sein, das bzw. die zum Bilden des Blocks 100 verwendet wird, oder kann ein vom Motorblock verschiedenes Material sein. In einem Beispiel wird die Schale 160 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet, und der Block 100 wird aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einem Verbundmaterial, eine Polymer und dergleichen gebildet. Durch Bereitstellen der Metallschmelze bei niedrigem Druck behält der Schmelzkern 140 seine gewünschte Form bei und wird in der Schale 160 gehalten. Nach dem Abkühlen der Schale 160 wird der Einsatz 162 aus dem ersten Werkzeug ausgeworfen und kann verwendungsbereit sein. Der Einsatz 162 wird daher vor der Verwendung mit einem zweiten Werkzeug zum Druckgießen oder anderweitigen Bilden des Blocks 100 gebildet.
In einem Beispiel kann die Außenfläche der Schale 160 und des Einsatzes 162 beschichtet werden, um Oxidation zu reduzieren, beispielsweise an einem unteren Außenabschnitt der Laufbuchsenbaugruppe. Der Einsatz 162 kann eine Außenfläche aufweisen, die in Säure getaucht wird, beispielsweise in Flusskieselsäure, und dann abgespült werden, um Oxidation und mögliche Porositätsprobleme in benachbartem Gussblockmaterial in einem fertigen Block zu reduzieren.
Nach dem Bilden des Einsatzes 162 bei Schritt 208 wird der Einsatz 162 bei Schritt 210 in einem zweiten Werkzeug eingesetzt und positioniert, und verschiedene Unterwerkzeuge, Schieber oder andere Komponenten des zweiten Werkzeugs werden bewegt, um das Werkzeug in Vorbereitung auf einen Einspritz- oder Gießprozess zu schließen. Wie schematisch in 9 gezeigt, beinhaltet das zweite Werkzeug 180 Unterwerkzeuge und Schieber 182, die dazu konfiguriert sind, den Einsatz 162 aufzunehmen, und die eine Zylinderblockbildungsfläche 184 aufweisen. In einem Beispiel wird das zweite Werkzeug 180 als ein Werkzeug für einen Hochdruckgießprozess von Metall wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitgestellt. Der Einsatz 162 und das zweite Werkzeug 180 sind mit entsprechenden Positionierungsmerkmalen versehen, die es ermöglichen, den Einsatz 162 in dem zweiten Werkzeug 180 zu positionieren und während des Gießprozesses für den Block festzuhalten, um eine Bewegung des Einsatzes 162 zu verhindern. In einem Beispiel wird der Einsatz 162 mithilfe der Innenfläche der Laufbuchsen positioniert.
Wenn das zweite Werkzeug 180 mit dem im Werkzeug positionierten und festgehaltenen Einsatz 162 geschlossen wurde, wird bei Schritt 212 Material eingespritzt oder in anderer Weise an das Werkzeug bereitgestellt, um allgemein den Motorblock 100 zu bilden. In einem Beispiel ist das Material ein Metall wie etwa Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder ein anderes Metall, das bei Hochdruckgießprozessen als Metallschmelze in das Werkzeug eingespritzt wird. Bei einem Hochdruckgießprozess kann die Metallschmelze bei einem Druck von wenigstens 20.000 psi (pounds per square inch) (1378,95 bar) in das Werkzeug eingespritzt werden. Die Metallschmelze kann bei einem Druck größer oder kleiner als 20.000 psi (1378,95 bar), beispielsweise im Bereich von 15.000-30.000 psi (1034,21-2068,43 bar) eingespritzt werden, und kann auf dem verwendeten Metall oder der verwendeten Metalllegierung, der Form der Gussformkavität und anderen Gesichtspunkten basieren.
Die Metallschmelze strömt in das Werkzeug 180 und in Kontakt mit der äußeren Schale 160 des Einsatzes 162 und bildet eine Gusshaut um den Einsatz 162. Die Schale 160 des Einsatzes kann teilweise geschmolzen werden, um sich mit dem eingespritzten Metall zu vereinen. Ohne die Schale 160 kann die eingespritzte Metallschmelze den Schmelzkern 140 auseinanderfallen lassen oder verformen. Durch Bereitstellen der Schale 160 bleibt der Kern 140 zur späteren Verarbeitung intakt, um die Durchlässe und Mäntel zu bilden, und ermöglicht das Bilden klein abgemessener Durchlässe wie etwa der Bohrungszwischendurchlässe.
Die Metallschmelze kühlt im zweiten Werkzeug ab und bildet einen unfertigen Motorblock, der dann aus dem Werkzeug entfernt wird.
Bei Schritt 214 wird der Motorblock 100 verschiedenen Endbearbeitungsschritten unterzogen. Der Prozess in Schritt 212 kann ein Guss- oder Formungsprozess nahezu zur Endform sein, derart, dass wenig Nachbearbeitung durchgeführt werden muss.
Im vorliegenden Beispiel bleibt der Einsatz 162 nach dem Entfernen aus dem Werkzeug im unfertigen Block. Die Gusshaut umgibt das Material des Schmelzkerns 140. Die Gusshaut kann wenigstens einen Abschnitt der Schale 160 enthalten. Eine Oberfläche des unfertigen Blocks kann bearbeitet werden, um die Deckplatte 108 des Blocks zu bilden, beispielsweise durch Fräsen. Der unfertige Block kann auch gewürfelt oder in anderer Weise bearbeitet werden, um den endgültigen Block 100 zur Verwendung in der Motorbaugruppe bereitzustellen.
Der Schmelzkern 140 kann mittels Druckfluid entfernt werden, etwa mit einem Hochdruckwasserstrahl oder anderen Lösungsmittel. In anderen Beispielen kann der Schmelzkern 140 mit anderen im Stand der Technik bekannten Techniken entfernt werden. Der Schmelzkern 140 wird in der vorliegenden Offenbarung deshalb als Schmelzkern bezeichnet, weil es möglich ist, den Kern in einem Prozess nach dem Druckgießen zu entfernen. Der Schmelzkern 140 bleibt in der vorliegenden Offenbarung aufgrund der ihn umgebenden Schale 160 während des Druckgießprozesses intakt. Nach dem Entfernen des Kerns 140 stellt die Haut oder äußere Schale 160 die Wand und Form der Fluidmäntel 112 für den gebildeten Motorblock 100 wie beschrieben bereit, und die Bohrungszwischendurchlässe 132 werden erneut geöffnet, um Fluidfluss dadurch zuzulassen.
Der Bereich in den 7-8 mit dem Schmelzkern 140 für den Einsatz 162 bietet eine Darstellung der Form und Größe des endgültigen Kühlmantels 112, wenn das Schmelzkernmaterial aus dem fertigen Block 100 entfernt wird. 7 stellt eine Schnittansicht durch einen Bohrungszwischenbereich des Einsatzes dar. 8 stellt eine Schnittansicht durch einen Bohrungsmittelbereich des Einsatzes dar.
Gemäß einem Beispiel und wie dargestellt, weist der Kühlmantel eine obere Wand 146 auf, die periodisch von der Deckplatte 108 des Blocks beabstandet ist. Der Kühlmantel 112 weist eine erste Breite an einem unteren Axialabschnitt 144 der Laufbuchsenbaugruppe und eine zweite Breite an einem oberen Axialabschnitt 142 der Laufbuchsenbaugruppe auf. Der obere Axialabschnitt 142 ist zwischen der Deckplatte 108 und dem ersten Axialabschnitt 144 positioniert, wobei die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist. Ein Bohrungszwischenbereich 116 des ersten und zweiten Zylinders definiert einen ersten und zweiten Zwischenbohrungskühldurchlass 133,134, die sich darüber erstrecken, wobei der erste und zweite Bohrungszwischendurchlässe von der Deckplatte 108 beabstandet und parallel zueinander sind.
Durch Verwenden der Einsatzstruktur 162 wie beschrieben können die Merkmale in einem fertigen Motorblock 100 mit Präzision, Genauigkeit und Kontrolle über komplexe Geometrie und kleine Abmessungen, d. h. im Millimeterbereich, bereitgestellt werden. Dies ermöglicht die Bildung von Durchlässen mit kleinen Abmessungen an schwierig positionierbaren Stellen, wie etwa den Bohrungszwischendurchlässen 132, sowie die Bildung einer Kühlmantelstruktur 112 mit der gewünschten Geometrie, um die Wärmeregulierung und Kühlung des Blocks zu verbessern. Zusätzlich ermöglicht der einteilige Einsatz 162 eine erhöhte Festigkeit und Stabilität des Blocks, sowie verbesserte Klopferfassung.
Der Einsatz 162 und das Verfahren zum Bilden eines Motorzylinderblocks 100, wie hier beschrieben, stellen eine Zylinderblockauslegung mit einem Kühlmantel 112 bereit, der eine ausreichende Wärmeregulierung für den Block bereitstellt, um unter den vorgegebenen mechanischen Eigenschaften der Materialien zu arbeiten, wie etwa ultimative Streckfestigkeit bei hohen Betriebstemperaturen. Übliches Hochdruckgießen eines Blocks lässt die Herstellung eines dünnen Tiefwassermantels nicht zu, insbesondere mit einer geschlossenen oder halb offenen Deckplatte und mit begrenzter Nachbearbeitung des Blocks. Der Block 100 und Verfahren 200 zum Bilden des Blocks wie hier offenbart stellen einen kleinen kompakten Kühlmantel in einer geschlossenen oder halb offenen Deckplatte 108 bereit, was eine verbesserte Erkennung von Frühzündbedingungen im Motor ermöglicht, z. B. Motorklopfen. Allgemein können Frühzündbedingungen in einem Motor mit der Motorauslegung und Betriebsvariablen in Zusammenhang stehen, die Endgastemperaturen, Drücke und bei hohen Werten dieser zwei Eigenschaften verbrachte Zeit vor dem Eintreffen der Flamme beeinflussen. Frühzündbedingungen oder Klopfen können auch durch Kraftstoffe mit niedriger Oktanzahl beeinflusst werden, die unter Betriebsbedingungen verwendet werden, bei denen eine hohe Wärmestromdichte in der Verbrennungskammerstruktur vorliegt. Im Allgemeinen kann sich eine durch Frühzündbedingungen verursachte Flamme im Spaltvolumen oder dem Abstand zwischen Kolben und Bohrung über dem oberen Flammring, wo sich Kohlenwasserstoff ansammeln kann und eine hohe Wärmestromdichte vorliegt. Das Steuern der Kopfdeckauslegung wie hier offenbart zum Bilden eines direkten Wegs für die Motorklopferkennung kann eine erhöhte Empfindlichkeit für einen Motorklopfsensor und verbesserte Kontrolle über das Verzögern der Frühzündung bereitstellen, um Klopfen zu mildern und den Motor zu schützen.
Der offenbarte Zylinderblock 100 steuert auch die Wärmeübertragung über die Länge der Zylinderbohrung 106 hinweg, einschließlich des Zwillingsbereichs oder Bohrungszwischenbereichs zwischen Zylinderbohrungen an einem Mehrzylindermotor, beispielsweise durch Verwendung des Zwischenbohrungskühldurchlasses 132 und von Führungen zum Kühlen des Stroms im Kühlmantel 112.
Der Einsatz 162 stellt eine Lösung für die Bauraumbeschränkungen des Blocks 100 bereit und stellt außerdem einen Block mit erhöhter struktureller Steifigkeit bereit. Zu Bauraumbeschränkungen können die Größe und Position verschiedener Motorkomponenten gehören, wie etwa Bohrungsgröße, Bohrungswanddicke, Kopfschraubenabstand, Zylinderbohrungsabstand, Kopfschraubengröße und Kopfschraubengewindetiefe.
Der Einsatz 162 stellt sowohl ein gesteuertes präzises Strömen als auch Vermischen des Kühlmittels im Mantel 112 bereit, indem er für eine gesteuerte Kühlmantelgröße und Wärmeregulierung des Blocks 100 sorgt, um eine gleichmäßigere Bohrungswandtemperatur bereitzustellen, ohne dass eine hohe Kühlmittelgeschwindigkeit erforderlich ist. Außerdem sorgt der Einsatz 162 der vorliegenden Offenbarung für erhöhte strukturelle Steifigkeit, die durch die kombinierten Materialeigenschaften der extrudierten Laufbuchsenbaugruppe 104 und mechanischen Eigenschaften der Legierungsauswahl für die Schale 160 im Niederdruckgießprozess bereitgestellt werden. Die Verwendung eines einteiligen Einsatzes 162 sorgt für eine Erhöhung der Bohrungswandstabilität im Block 100 sowie eine bessere Positionierung der Zylinderlaufbuchsen im Block zur Verwendung mit einem festen Kopfschraubenmuster. Die Motorklopfempfindlichkeit des Motors wird durch die Auslegung mit geschlossener oder halb offener Deckplatte 108 und die Stelle erhöht, an der das Kühlmittel über Öffnungen 114 in der Blockdeckplatte austritt. Eine gesteigerte Klopferfassung kann für eine verbesserte Klopfsteuerung, erhöhte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und erhöhte Motorausgangsleistung sorgen. Bei einem üblichen Hochdruckgussblock liegt ein wesentliches Maß an Restspannung benachbart zu den und in Umgebung der Zylinderbohrungswände vor, und während der Herstellung können zusätzliche Qualitätsprüfungen nötig sein, insbesondere bei Verwendung mit stärker ausgelegten Motoren. Übliche Zylinderbohrungswände können in der Nähe der Kopfbolzenbohrungen und-säulen aufgrund der Größe und der Entformungsschräge des Kühlmantels dünn werden, derart, dass diese beanspruchte Stelle zu Rissen in Laufbuchsen oder schwachen Einschlüssen mit hohem Aluminiumgehalt führen kann. Außerdem kann ein gerissener Kopfschraubenansatz aufgrund von Restspannung zu einer reduzierten Festigkeit des Kühlmantels und möglichen Dichtigkeitsproblemen führen.
Außerdem können mithilfe des hier beschriebenen Verfahrens 200 verschiedene Blöcke und Motoren zur Verwendung mit anderen Motorkühlungskonfigurationen oder Motorauslegungen gebildet werden, darunter Parallelströmung, Reihenströmung, Querströmung, geteilte Strömung oder verschiedene Kombinationen davon.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Begriffe beschreibende, aber keine einschränkenden Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Außerdem können die Funktionen von verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.

Claims

Verfahren zum Bilden eines Motors, umfassend: Bilden eines Bohrungszwischendurchlasses zwischen einer ersten und einer zweiten Zwillingszylinderlaufbuchse; Gießen eines Schmelzkerns um eine Außenfläche der Laufbuchsen; Gießen einer Metallschale um den Schmelzkern und die Laufbuchsen, um einen Einsatz zu bilden; Positionieren des Einsatzes in einem Werkzeug; Gießen eines Motorblocks um den Einsatz im Werkzeug; und Entfernen des Schmelzkerns aus einem Block, um einen Kühlmantel zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bilden eines Musters an einem Außenabschnitt des Schmelzkerns beim Gießen des Schmelzkerns, wobei das Muster zur Bildung einer Fluidführung in einer Außenwand des Kühlmantels des Blocks führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schmelzkern mit einer ersten Dicke an einem oberen Bereich der ersten und zweiten Laufbuchse benachbart zu dem Bohrungszwischendurchlass und einer zweiten Dicke an einem unteren Bereich der ersten und zweiten Laufbuchse gegossen wird, wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bohrungszwischendurchlass durch Querbohren von wenigstens einem Durchlass zur Erstreckung von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite der ersten und zweiten Laufbuchse gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Durchlass so gebildet wird, dass er parallel zu einer Deckplatte des Blocks ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Durchlass einen ersten und einen zweiten Durchlass parallel zur Deckplatte des Blocks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schmelzkern so um die Außenfläche der Laufbuchsen gegossen wird, dass er alternierende Bereiche aufweist, die von einem oberen Ende der Laufbuchsen um einen Außenumfang der Laufbuchsen beabstandet und direkt dazu benachbart sind, und wobei die Metallschale so gegossen wird, dass sie die Bereiche füllt, die von dem oberen Ende der Laufbuchsen beabstandet sind, derart, dass der Block so gegossen wird, dass er eine geschlossene Deckplatte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Bilden einer strukturierten Fläche an der Außenfläche der ersten und zweiten Laufbuchse vor dem Gießen des Schmelzkerns.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Extrudieren der ersten und zweiten Zylinderlaufbuchse als eine einstückige Zylinderkolonne.
Motor, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 gebildet ist, wobei der Motor umfasst: einen Zylinderblock mit einer ersten und einer zweiten Zwillingszylinderlaufbuchse, die eine geschlossene Deckplatte schneiden, wobei der Block einen Kühlmantel definiert, der die Zylinderlaufbuchsen in Umfangsrichtung umgibt, wobei der Kühlmantel eine obere Wand aufweist, die von der Deckplatte beabstandet ist, der Kühlmantel eine erste Breite an einem ersten Axialabschnitt der Laufbuchsen aufweist, der Kühlmantel eine zweite Breite an einem zweiten Axialabschnitt der Laufbuchsen aufweist, der zweite Axialabschnitt zwischen der Deckplatte und dem ersten Axialabschnitt positioniert ist, wobei die erste Breite kleiner als die zweite Breite ist, wobei ein Bohrungszwischenbereich der ersten und zweiten Zylinderlaufbuchse einen ersten und einen zweiten Zwischenbohrungskühldurchlass definiert, die sich darüber erstrecken, wobei der erste und zweite Bohrungszwischendurchlass von der Deckplatte beabstandet sind und parallel zueinander sind.
Werkzeug, umfassend: einen Einsatz, umfassend: eine erste und eine zweite Zwillingszylinderlaufbuchse, in denen wenigstens ein Bohrungszwischendurchlass gebildet ist, ein Schmelzkernmaterial, das um eine Außenfläche der Laufbuchsen herum gebildet ist, wobei das Schmelzkernmaterial in einer axialen Richtung eine abnehmende Dicke aufweist, und eine Metallschale, die den Schmelzkern und die Laufbuchsen einkapselt; und wenigstens eine Gussform, die dazu konfiguriert ist, den Einsatz aufzunehmen, und eine Zylinderblockbildungsfläche aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 12, wobei das Schmelzkernmaterial ein darin gebildetes Muster als eine Führungsform aufweist, um einen Kühlmittelstrom in einem Kühlmantel zu lenken; und wobei eine obere Kante des Schmelzkernmaterials von einer oberen Kante der ersten und zweiten Zylinderlaufbuchse beabstandet ist.
Werkzeug nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine Bohrungszwischendurchlass einen ersten und einen zweiten Bohrungszwischendurchlass beinhaltet, die sich über einen Bohrungszwischenbereich zwischen der ersten und zweiten Zylinderlaufbuchse erstrecken, wobei der erste und zweite Bohrungszwischendurchlass parallel zueinander gebildet sind.
Werkzeug nach Anspruch 14, wobei der erste und zweite Bohrungszwischendurchlass des Einsatzes mit dem Schmelzkernmaterial gefüllt sind.