DE102018125101A1

DE102018125101A1 - Hybridverbundmaterialzylinderkopf

Info

Publication number: DE102018125101A1
Application number: DE102018125101.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Donald Wicks; Mark Michael Madin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN109653892A

Abstract

Ein Motorzylinderkopf beinhaltet eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, von der wenigstens ein Abschnitt eine Wärmebeschichtung beinhaltet, und eine äußere Polymerverbundmaterialstruktur, die aus einem Polymerverbundmaterial gebildet ist, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Komponenten eines Verbrennungsmotors mit einem Hybridverbundmaterialzylinderkopf, der eine innere Metallstruktur und eine äußere Polymerstruktur aufweist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zylinderköpfe sind in der Regel aus Metall wie etwa Aluminium oder Gusseisen hergestellt. Metallzylinderköpfe können einen oder mehrere Nachteile aufweisen. Die Gusseisenzylinderköpfe sind schwer und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Aluminiumzylinderköpfe sind teurer in der Herstellung. Darüber hinaus können einige Aluminiumzylinderköpfe für bestimmte Anwendungen eine unzureichende Korrosionsfestigkeit und eine inakzeptable Wärmeausdehnung zeigen. Es wurden Alternativen zu Metallzylinderköpfen vorgeschlagen. Beispielsweise wurden teilweise aus Keramik gebildete Zylinderköpfe oder faserverstärkte Keramikmatrixverbundmaterialzylinderköpfe vorgeschlagen. Allerdings können diese Zylinderköpfe begrenzte Wärme- und Spitzendruckbelastbarkeit aufweisen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Motorzylinderkopf, umfassend eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur und eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt. Das Polymerverbundmaterial kann ein Fasermaterial beinhalten. Die innere Metallstruktur kann einen oberen Abschnitt eines Brennraums bilden. Die innere Metallstruktur kann einen Brennraumeinsatz bilden. Die innere Metallstruktur kann eine Feuerfläche beinhalten. Die Feuerfläche kann eine Vielzahl von Motorkühlmittelöffnungen, eine Vielzahl von Ölablassöffnungen oder beide beinhalten. Der innere Abschnitt kann aus Gusseisen hergestellt sein. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur kann aus einem Duroplastharz hergestellt sein. Das Duroplastharz kann ein Polyesterharz, ein Epoxidharz, ein Phenolharz, ein Polyurethan, ein Polyimid, ein Silicon oder eine Kombination davon beinhalten. Das Duroplastharz kann ein Polyesterharz sein. Das Fasermaterial kann Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Glasfaser, Lignocellulosefaser, chemisch modifizierte Cellulosefaser oder eine Kombination davon beinhalten. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur kann eine oder mehrere Ansaug- und Absaugölzuleitungen für einen Hydrostößel beinhalten. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur kann eine oder mehrere Zündkerzen- und Direkteinspritzkammern beinhalten.
Ein Motorzylinderkopf, umfassend eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, die eine Feuerfläche beinhaltet; eine äußere Polymerverbundmaterialstruktur, die aus einem Polymerverbundmaterial mit einem Fasermaterial gebildet ist und eine oder mehrere Ansaug- und Absaugölzuleitungen für einen Hydrostößel und eine oder mehrere Zündkerzen- und Direkteinspritzkammern beinhaltet, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt.
Ein Verfahren zum Bilden eines Motorzylinderkopfes, umfassend Bilden einer innere Metallstruktur aus einem Metallmaterial; und Formen einer äußeren Polymerverbundmaterialstruktur aus einem Polymerverbundmaterial über der inneren Metallstruktur, so dass das äußere Polymerverbundmaterial die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt. Das Polymerverbundmaterial kann ein Fasermaterial beinhalten. Der Schritt des Bildens der inneren Metallstruktur kann das Gießen der inneren Metallstruktur beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Bilden einer oder mehrerer Komponenten der inneren Metallstruktur umfassen. Der Schritt des Bildens der inneren Metallstruktur kann das Bearbeiten einer oder mehrerer Komponenten der inneren Metallstruktur beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Hinzufügen einer Beschichtung zu einer Fläche der inneren Metallstruktur umfassen. Der Formungsschritt kann das Spritzgießen oder Druckformen der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur beinhalten.
Figurenliste

1 stellt eine perspektivische Seitenansicht einer inneren Metallstruktur eines Hybridverbundmaterialzylinderkopfes gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar;
2 stellt eine alternative Ansicht der inneren Metallstruktur aus 1 dar;
3 stellt eine perspektivische Seitenansicht einer äußeren Verbundmaterialstruktur eines Hybridverbundmaterialzylinderkopfes gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar;
4 stellt eine perspektivische Querschnittvorderansicht eines zusammengebauten Hybridverbundmaterialzylinderkopfes mit der inneren Metallstruktur aus 1 und der äußeren Verbundmaterialstruktur aus 3 dar;
5 zeigt eine perspektivische Querschnittansicht entlang der Linie 5-5 aus 4;
6 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie 5-5 aus 4 einer alternativen Ausführungsform, die eine Beschichtung an Abschnitten der inneren Metallstruktur darstellt;
7 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der inneren Metallstruktur mit einer Beschichtung;
8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform von 6 mit Ventilen;
9 veranschaulicht eine Detailansicht eines Abschnitts von 8, die die Ventilköpfe darstellt;
10 zeigt eine alternative Ansicht des Hybridverbundmaterialkopfes, die Ventilkopfflächen und einen Abschnitt eines Ausrichtungsmerkmals zeigt; und teilweise thermisch beschichtete Ansaug- und Auslassventile und Sitzeinsätze.
11 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der inneren Metallstruktur mit einem Ausrichtungsmerkmal.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die den Erfindern bekannt sind. Es versteht sich jedoch, dass offenbarte Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Daher sind spezifische Details, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlagen, die den Fachmann hinsichtlich der unterschiedlichen Anwendungsweisen der vorliegenden Erfindung lehren sollen.
Soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle Zahlengrößen in dieser Beschreibung, die Mengen von Material oder Bedingungen von Reaktionen und/oder Verwendung angeben, bei Beschreibung des breitesten Umfangs der vorliegenden Erfindung als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen.
Die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien als für einen gegebenen Zweck geeignet in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung impliziert, dass Mischungen von beliebigen zwei oder mehreren der Mitglieder der Gruppe oder Klasse geeignet sind. Die Beschreibung von Bestandteilen in chemischen Begriffen bezieht sich auf die Bestandteile zum Zeitpunkt der Zugabe zu einer beliebigen in der Beschreibung genannten Kombination und schließt chemische Wechselwirkungen unter Bestandteilen der Mischung nach dem Mischen nicht zwingend aus. Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Benutzungen derselben Abkürzung und gilt mutatis mutandis für normale grammatische Abwandlungen der anfangs definierten Abkürzung. Soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik wie vorstehend oder nachstehend für diese Eigenschaft beschrieben bestimmt.
Ein Verbrennungsmotor beinhaltet einen Motor mit einem oder mehreren Zylindern. Jeder der Zylinder ist mit einem Zylinderkopf abgedeckt, der über jedem Zylinder und auf einem Zylinderblock sitzt. Der Zylinderkopf verschließt die Oberseite des Zylinders und bildet so einen Brennraum. Außerdem stellt der Zylinderkopf Raum für die Durchlässe bereit, die dem Zylinder Luft und Kraftstoff zuführen und Abgas entweichen lassen. Der Zylinderkopf kann auch ein geeigneter Ort zum Anbringen von Zündkerzen, Ventilen und Kraftstoffeinspritzdüsen sein.
Zylinderköpfe sind in der Regel aus Metall wie etwa Aluminium oder Gusseisen hergestellt. Zu möglichen Nachteilen von Zylinderköpfen, die vollständig aus Gusseisen hergestellt sind, gehören ein relativ hohes Gewicht und geringe Wärmeleitfähigkeit. Aluminiumzylinderköpfe wiegen in der Regel nur halb so viel wie äquivalente Gusseisenzylinderköpfe und sind hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit etwa dreimal besser. Allerdings können Aluminiumzylinderköpfe zu teuer sein, stellen unzureichende Korrosionsfestigkeit bereit, können für bestimmte Anwendungen zu weich sein und können eine hohe Wärmeausdehnung aufweisen. Eine Alternative zu den Metallzylinderköpfen ist ein Zylinderkopf, der teilweise aus einem Keramikmaterial gebildet ist. Beispielsweise offenbart die US-Patentschrift Nr. 5,657,729 einen Metallkühlkörper, der an einen oberen Abschnitt des Keramikteils in einem Brennraum gekoppelt ist. Außerdem offenbart die US-Patentschrift Nr. 5,657,729 einen faserverstärkten Keramikmatrixverbundmaterialzylinderkopf und eine Zylinderkopfauskleidung. Allerdings weisen derartige Verbundmaterialzylinderköpfe begrenzte Wärme- und Spitzendruckbelastbarkeit auf. Außerdem können Keramikmaterialien nicht um ein Metallgerüst des Zylinderkopfes herum geformt werden.
Daher besteht weiterhin Bedarf an der Entwicklung eines Zylinderkopfes, der dem Verbrennungsdruck und der Wärmebelastung standhält und zugleich leicht ist und dadurch zu einer besseren Kraftstoffeffizienz beiträgt. Es ist auch wünschenswert, einen Zylinderkopf bereitzustellen, der weitere Vorteile wie etwa gute Korrosionsfestigkeit, thermische Vorteile, beständige Steifigkeit und/oder eine reduzierte Anzahl von Maschinenarbeitsschritten bei der Herstellung des Zylinderkopfes aufweist.
Zusätzlich zur Gewichtsreduzierung wäre es äußerst wünschenswert, einen Zylinderkopf mit besseren Wärmeeigenschaften bereitzustellen, der Wärme beibehält, wenn dies wünschenswert ist, ohne dass die Struktur bei hohen Temperaturen geschädigt wird.
Ein Hybridverbundmaterialzylinderkopf, wie er hierin offenbart wird, löst ein oder mehrere der oben beschriebenen Probleme und/oder stellt die oben genannten Vorteile bereit. Der hierin offenbarte Hybridverbundmaterialzylinderkopf eignet sich zur Verwendung in verschiedenen Motoren. Beispielsweise kann der Hybridverbundmaterialzylinderkopf in einem Benzindirekteinspritzmotor und/oder einem Benzin-/Dieselsaugrohreinspritzmotor verwendet werden.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Hybridverbundmaterialzylinderkopf Temperaturen von 150 °C oder weniger, 100 °C oder weniger, 50 °C oder weniger, 0 °C oder weniger, -20 °C oder weniger, -40 °C oder weniger, -60 °C oder weniger oder -80 °C oder weniger standhalten. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf kann Temperaturen von 90 °C oder mehr, 110 °C oder mehr, 150 °C oder mehr, 200 °C oder mehr, 250 °C oder mehr, 300 °C oder mehr oder 350 °C oder mehr standhalten. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf kann einem Kühlmitteldruck von 0,5 bar oder mehr, 0,75 bar oder mehr, 1 bar oder mehr oder 1,5 bar oder mehr standhalten. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf kann einem Zylinderdruck von 50 bar oder mehr, 75 bar oder mehr, 100 bar oder mehr, 125 bar oder mehr oder 150 bar oder mehr standhalten.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, wie in den 1-5 gezeigt, beinhaltet der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 100 eine innere Metallstruktur 10 und eine äußere Verbundmaterialstruktur 12. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 100 weist im Vergleich zu einem Metallzylinderkopf ein relativ niedriges Gewicht auf. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 100 bietet weitere Vorteile. Beispielsweise ermöglicht eine Kombination der inneren Metallstruktur 10 und der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 eine bessere Organisation der komplizierten inneren Form des Zylinderkopfes 100. Zum Beispiel ist ein Kühlmittelkreislauf eines Verbundmaterialzylinderkopfes 100 im Vergleich zu üblichen Metallzylinderköpfen besser organisiert. Der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 100 ermöglicht eine optimierte Wärmeübertragung, so dass die Wärme beibehalten wird, wenn dies wünschenswert ist.
Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, kann die innere Metallstruktur 10 ein Bereich sein, der einen oberen Abschnitt eines Brennraums bildet. Die innere Metallstruktur 10 kann einen Brennraumeinsatz 14 beinhalten. Wie in den 1 und 2 dargestellt, kann die innere Metallstruktur 10 die folgenden Komponenten des Zylinderkopfes enthalten: eine oder mehrere Ventilschaftführungen 16, eine Abgasfläche 18, einen oder mehrere Ansaugventilfedersitze 20, einen oder mehrere Auslassventilfedersitze 22, eine Feuerfläche 24, eine oder mehrere Hauben von einem oder mehreren Brennräumen 26, eine oder mehrere Kopfschraubensäulen 28 oder eine Kombination davon. Die Feuerfläche (Kopffläche) 24 kann einen oder mehrere Ansaug- und/oder Auslasskanäle beinhalten, bei denen es sich um in die innere Metallstruktur 10 des Zylinderkopfes 100 gegossene Durchlässe handelt, die von Krümmern zu jeweiligen Ventilen führen. Wie in 2 zu sehen ist, kann die Feuerfläche 24 eine Vielzahl von Motorkühlmittelöffnungen 30 und eine Vielzahl von Ölablassöffnungen und Kurbelgehäuseentlüftungen 32 beinhalten.
Es ist vorgesehen, dass wenigstens einige der oben genannten Komponenten in der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 anstelle der inneren Metallstruktur 10 enthalten sein können. Allerdings ist es wünschenswert, wenigstens einige der Teile, wie etwa die Feuerfläche 24 und die Auslassfläche 18, als Teil der inneren Metallstruktur 10 bereitzustellen, da die Feuerfläche 24 und die Auslassfläche 18 Temperaturen und Druck ausgesetzt sein können, die höher als die sind, denen das Verbundmaterial standhalten kann. Auch ermöglicht das Einbeziehen von einer oder mehreren der oben genannten Komponenten in die innere Metallstruktur 10 eine Reduzierung oder Verhinderung von Ermüdungsversagen des Zylinderkopfes aufgrund von wechselnden Beanspruchungen. Die innere Metallstruktur 10 kann einer statischen und dynamischen Last standhalten, während die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 keiner statischen Last standhalten muss. Die Kopfschraubensäulen 28 mildern eine von dem Metallmaterial ausgeübte statische Last. Darüber hinaus weist das Bilden einer oder mehrerer der oben genannten Komponenten aus Metall weitere Vorteile auf. Beispielsweise sorgt die Feuerfläche 24 für mehr strukturelle Steifigkeit, strukturelle Flachheit und Abdichtbarkeit der inneren Metallstruktur 10 und hält die Abmessungsstabilität von einer oder mehreren Hauben der Brennräume 26 aufrecht.
Die innere Metallstruktur 10 kann abhängig von der spezifischen Motoranwendung aus Aluminium, strukturiertem Aluminium, Gusseisen, CGI-Eisen, Stahl oder einem anderen Metall hergestellt sein. Die innere Metallstruktur 10 kann aus einer oder mehreren Legierungen hergestellt sein. Beispielsweise kann die innere Metallstruktur 10 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein, die Kupfer, Silizium, Mangan, Magnesium, dergleichen oder eine Kombination davon umfasst. Das Zusetzen von Silizium und/oder Kupfer reduziert die Wärmeausdehnung und -schrumpfung, Dauerhaftigkeit und Gießfähigkeit der inneren Metallstruktur 10. Das Zusetzen von Kupfer fördert die Aushärtung im Laufe der Zeit. Das Zusetzen von Mangan und/oder Magnesium verbessert die Festigkeit der Legierung. Da die innere Metallstruktur 10 einen Abschnitt eines Brennraums 14 bildet, muss das Material der inneren Metallstruktur 10 einem Anstieg von Temperatur und Druck während des Verbrennungsprozesses standhalten. Die für die innere Metallstruktur 10 verwendete Art von Material kann abhängig von den Bedürfnissen einer spezifischen Anwendung angepasst werden, wie etwa erforderliche Leistung, Spitzendruck, Arbeitszyklus, dergleichen oder eine Kombination davon.
Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann aus einem Verbundmaterial gebildet sein und die innere Metallstruktur 10 des Zylinderkopfes wenigstens teilweise umgeben. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann verstärktes Polymermaterial beinhalten. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann ein Thermoplastmaterial beinhalten. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann ein Duroplastharz beinhalten. Das Duroplastharz kann ein Polyesterharz, ein Epoxidharz, ein Phenolharz, ein Polyurethan, ein Polyimid, ein Silicon oder eine andere Art von Harz und eine Kombination davon beinhalten. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann mit einem Fasermaterial verstärkt sein. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann faserverstärkte Polymere beinhalten.
Beispielsweise kann die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 mit Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Glas, Basalt, dergleichen oder einer Kombination davon verstärkt sein. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 kann mit Lignocellulosefasern wie etwa Baumwolle, Wolle, Flachs, Jute, Kokosnuss, Hanf, Stroh, Grasfaser und anderen Fasern verstärkt sein, die unmittelbar aus natürlichen Ressourcen verfügbar sind, sowie chemisch modifizierten Naturfasern, beispielsweise chemisch modifizierten Cellulosefasern, Baumwollfasern usw. Zu geeigneten Naturfasern gehören auch Abacä, Agave cantala, Neoglaziovia variegata, Agave fourcroydes, Fibre, Mauritiushanf, Phormium, Bogenstranghanf, Sisal, Kenaf, Ramie, Roselle, Sunn-Hanf, Cadillo, Kapok, Mäusedornwurzel, Kokosfaser, pflanzlicher Rosshaarersatz und Piassava. Diese Auflistungen von Naturfasern sind veranschaulichend und nicht einschränkend. Zu Beispielen von chemisch modifizierten Fasern gehören auch Azlon (regenerierte natürliche Proteine), regenerierte Celluloseprodukte, darunter Cellulosexanthat (Rayon), Celluloseacetat, Cellulosetriacetat, Cellulosenitrat, Alginatfasern, Fasern auf Caseinbasis und dergleichen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 ein Duroplastharz, das mit Kohlenstofffasern verstärkt ist, um die Steifigkeit zu erhöhen, die gewünschte Gewichtsreduzierung, ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit und Chemikalienfestigkeit bereitzustellen. Kohlenstofffasern sind auch aufgrund ihres hohen Festigkeit-Gewicht-Verhältnisses und Steifigkeit-Gewicht-Verhältnisses geeignet. Allerdings ist jede beliebige Art von Faser geeignet, und eine spezifische Zusammensetzung des Verbundmaterials hängt von der jeweiligen Motoranwendung ab.
Wie in 3 dargestellt ist, kann die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 eine Vielzahl von Komponenten beinhalten. In einer oder mehreren nicht einschränkenden Ausführungsformen kann die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 einen oder mehrere Wassermantelkernträger 34, eine oder mehrere Ansaugventilfederkammern 36, eine oder mehrere Zündkerzen- und Direkteinspritzkammern 38, eine oder mehrere Kraftstoffpumpensockelkammern 40, einen oder mehrere Ölzuläufe zu dem Nocken 42, einen oder mehrere Ansaug- und Ablassölzuläufe 44 für einen Hydrostößel, Nockenlagerölzuläufe 46, eine oder mehrere seitliche Direkteinspritzmontageöffnungen 48, einen oder mehrere Ansaugmontageansätze 50, eine Frontabdeckungsdichtungsleiste 52, eine Nockenträgertragschiene 54 und/oder eine oder mehrere Nockenträgermontageansätze 56 beinhalten. Es ist vorgesehen, dass andere Teile eines Zylinderkopfes Teil der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 sein können. Beispielsweise können Ansaugkrümmer oder ein Bodenkopf (nicht dargestellt) in die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 einbezogen sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterialzylinderkopfes 100 die folgenden Schritte. Obwohl sich das beschriebene Verfahren auf den Zylinderkopf 100 bezieht, ist der Prozess ebenso auf Hybridzylinderköpfe 200, 300 und 400 sowie ihre einzelnen Abschnitte anwendbar. Die innere Metallstruktur 10 kann als eine Einheit hergestellt werden, beispielsweise durch additive Fertigung, Gießen, Mono-Gießen, Pressformen, Schweißen oder Formen durch ein anderes Verfahren. Alternativ können einzelne Abschnitte des Hybridverbundmaterialzylinderkopfes 100 separat hergestellt werden, und die innere Metallstruktur 10 kann aus den einzelnen Abschnitten zusammengesetzt werden. Vorzugsweise werden die einzelnen Abschnitte des Zylinderkopfes 100 zusammen geformt, um einen einheitlichen Brennraumeinsatz 14 zu bilden. Beispielsweise bietet das Herstellen der Feuerfläche 24 durch Monogießen oder Formen zusammen mit einem oder mehreren weiteren Abschnitten als Teil des Brennraumeinsatzes 14 verbesserte Steifigkeit, Festigkeit und Flachheitssteuerung.
Nach dem Gießen oder anderweitigen Herstellen der inneren Metallstruktur 10 ist es wünschenswert, die innere Metallstruktur 10 wenigstens teilweise zu bearbeiten. Beispielsweise kann die innere Metallstruktur 10 bearbeitet werden, um eine oder mehrere Aufnahmen oder andere Merkmale zu erzeugen, die dazu beitragen, die innere Metallstruktur 10 während des Wärmehärtens in Position zu halten.
Ein weiterer bei der Herstellung des Hybridverbundmaterialzylinderkopfes 100 zu berücksichtigender Umstand ist der, dass sich die innere Metallstruktur 10 schneller als die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 ausdehnt und schrumpft. Daher könnte sich die innere Metallstruktur 10 während der Verwendung des Zylinderkopfes 100 von der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 lösen. Daher ist es in wenigstens einer Ausführungsform wünschenswert, die Oberfläche von wenigstens einigen Bereichen der inneren Metallstruktur 10 zu vergrößern. Die Oberfläche kann durch Strukturieren von wenigstens einigen Bereichen der inneren Metallstruktur 10 vergrößert werden. Dies kann durch verschiedene Verfahren geschehen, beispielsweise Aufrauen, Sägen, Mikrosägen, Abstechschleifen, Abstrahlen, Honen, Funkenerosion, Fräsen, Ätzen, chemisches Fräsen, Laserstrukturieren oder einen anderen Prozess oder eine Kombination davon. In wenigstens einer Ausführungsform wird die Oberfläche der Kopfschraubensäulen 24 strukturiert, was die Verbindungsfestigkeit zwischen der inneren Metallstruktur 10 und dem Verbundmaterial der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 verbessert. Der Schritt des Strukturierens einer Oberfläche der inneren Metallstruktur sollte durchgeführt werden, bevor die innere Metallstruktur 10 in eine Matrize eingeführt wird, und bevor die innere Metallstruktur 10 mit dem Verbundmaterial umspritzt wird.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die innere Metallstruktur 10 einer zusätzlichen Behandlung unterzogen werden kann. In einer oder mehreren Ausführungsformen wird eine Beschichtung, die eine bessere Wärmeregulierung sicherstellt, auf eine oder mehrere Oberflächen der inneren Metallstruktur 10 des Hybridverbundmaterialzylinderkopfes 100 aufgetragen, der heißen Gasen ausgesetzt ist. Die Beschichtung kann selektiv aufgetragen werden, derart, dass nur einer oder mehrere Abschnitte der inneren Metallstruktur beschichtet werden. Die Beschichtung kann durch Lackieren, Sprühen, Drucken, Tauchbeschichten oder eine Kombination davon bereitgestellt werden. Es kann eine Maske verwendet werden, um ein präzises Auftragen der Beschichtung auf einen bestimmten Abschnitt der inneren Metallstruktur sicherzustellen.
Anschließend wird die innere Metallstruktur 10 in die Matrize der Formungsmaschine eingeführt. Die innere Metallstruktur 10 wird gehärtet. Die Matrize wird geschlossen. Das Verbundmaterial der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 wird der Matrize zugeführt. Die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 wird durch Formen gebildet, während das Verbundmaterial sich verfestigt. Die in der Matrize angeordnete innere Metallstruktur 10 wird mit dem Verbundmaterial umspritzt. Das Verbundmaterial kann durch Spritzgießen, Formpressen, Schleudergießen oder ein anderes Formungsverfahren geformt werden. Das Verfestigen kann durch Wärme von etwa 200 °C oder mehr, durch eine chemische Reaktion, Bestrahlung oder eine Kombination davon induziert werden. Der Verfestigungsprozess verwandelt die Duroplaste in gehärtetes Duroplastharz, das aufgrund eines Quervernetzungsprozesses seine endgültige Form angenommen hat. Während der Reaktion können ein oder mehrere Katalysatoren und/oder Energie zugeführt werden, damit die Molekülketten an chemisch aktiven Stellen reagieren und sich zu einer starren 3D-Struktur verbinden, die nicht mehr erneut zur Formveränderung erwärmt werden kann. Nach dem Aushärten ist die äußere Verbundpolymerstruktur 12 gut für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
In wenigstens einer Ausführungsform, wie in den 4 und 5 dargestellt, wird der resultierende Brennraumeinsatz 14 in die äußere Verbundpolymerstruktur 12 eingeformt. Anschließend wird die Temperatur abgesenkt, die Matrize geöffnet, der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 100 herausgenommen und bei Raumtemperatur aushärten gelassen.
4 stellt die innere Metallstruktur 10 und die äußere Polymerverbundmaterialstruktur 12 zusammengebaut dar, derart, dass eine wasserdichte Naht erzeugt wird, um die Zylinderkopfwassermäntel 60 in der Baugruppe des Zylinderkopfes 100 einzuschließen. Wie in 4 zu sehen ist, sind die Wassermäntel 60 als Teil der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 geformt. 5 stellt einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 aus 4 dar. Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, ist die innere Metallstruktur 10 wenigstens teilweise von der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 umgeben. 5 zeigt die folgenden Teile der inneren Metallstruktur 10: einen Brennraum 26, zwei Kopfschraubensäulen 28, die Auslassfläche 18, einen Ansaugventilfedersitz 20, einen Auslassventilfedersitz 22 und zwei Motorkühlmittelöffnungen 30, die als Teil der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur 12 geformt sind. Die Öffnungen 62 im Verbundmaterial nehmen einen Ölkreislauf auf.
Bei einer Maschine zum Herstellen eines Hybridverbundmaterialzylinderkopfes 100 kann es sich um eine Maschine mit einem Guss oder einer Form zum Herstellen der inneren Metallstruktur 10 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren handeln. Eine weitere Maschine beinhaltet eine Formungsmaschine zum Spritzgießen, Formpressen, Schleudergießen oder eine andere Formungstechnik zum Formen des Verbundmaterials wenigstens teilweise über der inneren Metallstruktur 10 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren.
Um das Gewicht des Hybridzylinderkopfes weiter zu senken und die Wärmeeigenschaften des Hybridzylinderkopfes weiter zu verbessern, kann eine Beschichtung an einem oder mehreren Abschnitten der inneren Metallstruktur implementiert werden. Ein Hybridzylinderkopf 200 eines alternativen Beispiels ist in den 6 und 7 dargestellt, wobei die Beschichtung 70 an einer Anzahl von Abschnitten der inneren Metallstruktur 210 dargestellt ist.
Die Beschichtung 70 kann eine Wärmebeschichtung sein, die die Wärmeexposition der Strukturkomponenten des Hybridzylinderkopfes 200 begrenzt, um die Lebensdauer des Zylinderkopfes 200 durch Reduzieren von Oxidation und Wärmeermüdung zu verlängern. Die Beschichtung 70 ist auch dazu ausgelegt, Wärmeenergie in den Abschnitten des Hybridzylinderkopfes 200 zu halten, in denen das Halten von Wärme wünschenswert ist, und verhindert somit Wärmeverlust. Die Beschichtung 70 kann die Abwärmeregulierung unterstützen. Beispielsweise kann die Beschichtung 70 das Einschließen von Wärme in den Auslasskanälen 72 und an ihren Oberflächen unterstützen, wie in 7 dargestellt. Das Halten der Wärme in den Auslasskanälen 72 kann in einer besseren Umwandlung der Abgasspezies und damit einer Gesamtreduzierung von Abgasemissionen in die Atmosphäre resultieren. Obwohl also die Beschichtung 70 an beliebiger Stelle in der inneren Metallstruktur 210 aufgetragen werden kann, ist es wünschenswert, die Abschnitte der inneren Metallstruktur 210 zu beschichten, die zu Wärmeexposition neigen.
Außerdem kann die Beschichtung 70 eine Reduzierung der Wanddicke ermöglichen, da die Beschichtung 70 einen Schutz der Hautoberfläche ermöglicht, Belastung minimiert und Wärmerückstrahlung ermöglicht. Die Beschichtung 70 kann somit eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglichen, da die einzelnen beschichteten Komponenten der inneren Metallstruktur 210 dünner und aus weniger Material gebildet werden können, da die Beschichtung 70 die reduzierte Dicke kompensieren kann.
Darüber hinaus kann die Beschichtung 70 dazu beitragen, Wärme von der äußeren Polymerverbundmaterialstruktur fernzuhalten. Obwohl die Beschichtung 70 an der inneren Metallstruktur beschrieben wurde, ist es möglich, die Beschichtung 70 oder eine andere Beschichtung außerdem an wenigstens einem oder mehreren Abschnitten der äußere Polymerverbundmaterialstruktur einzubeziehen. Das Auftragen einer solchen Beschichtung auf das Polymerverbundmaterial kann beispielsweise mittels Plasmaabscheidung wie etwa Plasmaspritzen erfolgen.
Die Beschichtung 70 kann an einem Abschnitt der inneren Metallstruktur 210 kontinuierlich oder nicht kontinuierlich sein. Die Beschichtung 70 kann oberflächentreu sein. Die Dicke der Beschichtung 70 kann gleichmäßig sein oder an unterschiedlichen Abschnitten der inneren Metallstruktur 210 unterschiedlich sein. Die Beschichtung 70 kann glatt sein oder wenigstens ein Abschnitt der Beschichtung 70 kann strukturiert sein, wie etwa mit Graten, Tälern, Spitzen, Vorsprüngen, Zacken oder dergleichen.
In wenigstens einer Ausführungsform können etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 95 oder mehr % der inneren Metallstruktur 210 mit der Beschichtung 70 beschichtet sein. Beispielsweise kann die gesamte Oberfläche der Auslasskanäle 72, des Brennraums 74 oder dergleichen beschichtet sein.
Die Beschichtung 70 derselben Zusammensetzung kann an unterschiedlichen Abschnitten der inneren Metallstruktur 210 verwendet werden. Alternativ können zwei oder mehr Beschichtungen 70 von unterschiedlicher Zusammensetzung implementiert werden, derart, dass beispielsweise die Zusammensetzung einer ersten Beschichtung sich von der Zusammensetzung einer zweiten Beschichtung unterscheidet. Neben der Zusammensetzung können die erste und zweite Beschichtung sich auch hinsichtlich der Abmessung wie etwa der Dicke, (Dis-)Kontinuität oder dergleichen unterscheiden. Die erste Beschichtung 70' und die zweite Beschichtung 70" können vorübergehend oder dauerhaft miteinander in Kontakt stehen. Es sind weitere Beschichtungen wie etwa eine dritte, vierte usw. Beschichtung vorgesehen.
Die Beschichtung 70 kann mehrere zehntausendstel Zoll bis mehrere tausendstel Zoll dick sein. Beispielsweise kann die Dicke der Beschichtung 70 0,0001 bis 0,01 Zoll, 0,0005 bis 0,005 oder 0,001 bis 0,0025 betragen.
Beispielmaterialien für die Beschichtung 70 können Keramik sein, darunter kristalline Keramikmaterialien, nicht kristalline Keramiken, Tonerde, Mullit, das Tonerde und Kieselerde umfasst, Cerdioxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Wolframcarbid, Titancarbid, Kaolinit, Bariumtitanat, Bismuth-Strontium-Calcium-Kupfer-Oxid, Boroxid, Bornitrid, Blei-Zirkonat-Titanat, Magnesium-Diborid, Silicium-Aluminium-Oxynitrid, Yttrium-Barium-Kupferoxid, yttriumstabilisiertes Zirconium (YSZ), Zinkoxid, Zirconiumdioxid, Seltene-Erden-Zirconate, Seltene-Erden-Oxide, Metall-Glas-Verbundmaterialien oder eine Kombination davon. Andere Beispielmaterialien für die Beschichtung 70 können Molybdän, Titan, Nickel, Kupfer, Legierung wie etwa Legierungen von Nickel, Chrom, Molybdän, Hochleistungs-Superlegierungen wie etwa Hastelloy®, Incoloy®, Inconel®, Stellite®, dergleichen oder eine Kombination beinhalten.
Eine Beispielanwendung der Beschichtung 70 ist in 6 zu sehen, die einen Querschnitt des Hybridzylinderkopfes 200 darstellt. Die innere Metallstruktur 210 beinhaltet mehrere Abschnitte, die mit der Beschichtung 70 beschichtet sind. Wie zu erkennen ist, ist die Beschichtung 70 an den Auslasskanaloberflächen 72 sowie dem Brennraum 74 aufgetragen. Außerdem beinhalten auch die Ventilsitzeinsätze 76 die Beschichtung 70. In 7 sind die Auslasskanäle 72 mit der Beschichtung 70 dargestellt.
In wenigstens einer Ausführungsform kann der Hybridverbundmaterialzylinderkopf 300 die Ansaugventile 78 und die Auslassventile 80 beinhalten, von denen wenigstens eins teilweise mit der Beschichtung 70 beschichtet sein kann. Beispielsweise, wie in 8 dargestellt, beinhaltet das Auslassventil 80 ebenso wie das Ansaugventil 78 die Beschichtung 70. Das Auslassventil 80 kann einen größeren Anteil der beschichteten Oberflächen als das Ansaugventil 78 beinhalten, um die Beschichtung 70 auf Bereiche zu konzentrieren, die am meisten von der Wärme betroffen sind.
Wenigstens eins der Ventile 78, 80 kann eine Beschichtung 70 an einem oder mehreren der folgenden Abschnitte aus den 8-10 beinhalten: oberer Abschnitt des Ventilschafts 84, Ventilschaft 86, Ventilkopf 88, Ventilsitzfläche 90, Ventilkopffläche 92 oder eine Kombination davon. Die gesamte Oberfläche oder ein Bereich jedes genannten Abschnitts 84-92 kann mit einer Beschichtung 70 bedeckt sein.
8 veranschaulicht das Konzept des Auftragens von mehr als einer Beschichtung 70 auf ein oder beide Ventile 78, 80 weiter. Beispielsweise bleiben die Ventilführungslaufflächen 84 an beiden Ventilen 78, 80 beschichtungsfrei. Beide Ventile beinhalten eine erste Beschichtung 70' am Ventilschaft 86, um Verschleiß zu reduzieren und weitere Schmierung bereitzustellen/Reibung zwischen dem Ventilschaft 86 und den Ventilführungslaufflächen 94 zu reduzieren. Das Auslassventil 80 beinhaltet ferner eine zweite Beschichtung 70" an der Ventilkopffläche 88 mit Ausnahme der Ventilsitzfläche 90. Die auf die Oberfläche des Auslassventils 80 aufgetragene erste Beschichtung 70' weist andere Abmessungen als die auf die Fläche des Ansaugventils 78 aufgetragene erste Beschichtung 70' auf.
In einer oder mehreren Ausführungsformen können Abschnitte der Ventilfläche frei von der Beschichtung 70 bleiben. Wie in 9 zu sehen ist, kann der Ventilkopf 88 des Ansaugventils 78 frei von der Beschichtung 70 sein. Ebenso kann die Ventilsitzfläche 90 des Auslassventils 80 beispielsweise frei von der Beschichtung 70 bleiben, beispielsweise für eine maximale Wärmeübertragung durch die innere Metallstruktur zum Wassermantel/Kühlsystem. Wie in den 9 und 10 weiter zu sehen ist, kann ein Ventilsitzeinsatz 76 des Auslassventils 80 frei von der Beschichtung 70 bleiben, um die Wärmeübertragung zu maximieren. Alternativ kann nur ein Abschnitt von der Ventilsitzfläche 90, dem Ventilsitzeinsatzes 76 oder beiden frei von der Beschichtung 70 bleiben. Die Oberfläche ohne Beschichtung 70 kann eine beliebige Größe, Form, Konfiguration wie etwa einen Kreis, einen Streifen, ein Rechteck, ein Quadrat oder dergleichen aufweisen. Alternativ können die Ventilsitzfläche 90 und der Ventilsitzeinsatz 76 mit der Beschichtung 70 beschichtet sein. Weiterhin alternativ können die beschichtete 70 und die unbeschichtete Oberfläche 82 in einem Muster oder nach Zufallsprinzip alternieren, beispielsweise kann die beschichtete Oberfläche 70 eine Form eines Rechtecks benachbart zu einer rechteckigen unbeschichteten Oberfläche 82, benachbart zu einer rechteckigen beschichteten Oberfläche 70 usw. aufweisen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist vorgesehen, Ventile bereitzustellen, die vollständig aus Keramik bestehen. Alternativ kann die gesamte Oberfläche des einen oder beider Ventile 78, 80 mit der Beschichtung 70 wie etwa einer Keramikbeschichtung beschichtet sein. Alternativ können ein oder beide Ventile 78, 80 aus einem Metall wie etwa Titan hergestellt sein, und die Beschichtung kann aus einem oder mehreren oben erwähnten Materialien wie etwa Molybdän hergestellt sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die innere Metallstruktur 310, 410 die Beschichtung 70 zusätzlich zu einem Bohrungsträger- und Kühlungsbrückenausrichtungsmerkmal 96 beinhalten, wofür ein Beispiel in den 10 und 11 gezeigt ist. Das Merkmal 96 kann eine Anbringungsfähigkeit für den Motorblock bereitstellen. Beispielsweise kann das Merkmal 96 eine Nut, eine Faltung, eine Zunge, einen Vorsprung oder einen anderen Aufnahmeteil aufweisen, der mit einem Einsteckteil zusammenpasst, derart, dass der hier offenbarte Zylinderkopf am Motorblock angebracht, gesichert, aufgesetzt werden kann.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Begriffe beschreibende und nicht einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Funktionen von verschiedenen implementierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorzylinderkopf bereitgestellt, aufweisend eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, von der wenigstens ein Abschnitt eine Wärmebeschichtung beinhaltet; und eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die innere Metallstruktur eine Feuerfläche mit einer Auslasskanalfläche, und die Wärmebeschichtung deckt die Auslasskanalfläche ab.
Gemäß einer Ausführungsform bildet die innere Metallstruktur einen Brennraum, der mit der Wärmebeschichtung beschichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die innere Metallstruktur einen Ventilsitzeinsatz, der mit der Wärmebeschichtung beschichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Ventil beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet wenigstens ein Abschnitt des Ventils eine Wärmebeschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine gesamte Oberfläche einer Ventilkopffläche des Ventils die Wärmebeschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform sind ein gesamtes Ventil und seine Oberflächen aus Keramik hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wärmebeschichtung eine Keramikbeschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die äußere Polymerverbundmaterialstruktur aus einem Duroplastharz hergestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorzylinderkopf bereitgestellt, aufweisend eine aus einem Metallmaterial gebildet innere Metallstruktur; eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur; und ein Auslassventil und ein Ansaugventil, wobei wenigstens ein Abschnitt der inneren Metallstruktur und wenigstens ein Abschnitt des Auslassventils, des Ansaugventils oder beider eine erste Wärmebeschichtung, eine zweite Wärmebeschichtung oder beide beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Wärmebeschichtung Keramik und die zweite Wärmebeschichtung weist eine andere chemische Zusammensetzung als die erste Wärmebeschichtung auf.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Ansaugventil und eine Sitzfläche des Auslassventils frei von der ersten Wärmebeschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten eine Ventilkopffläche und ein Ventilschaft des Auslassventils die erste Wärmebeschichtung.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet sowohl das Auslassventil als auch das Ansaugventil die zweite Wärmebeschichtung, die an einer Ventilschaftfläche zwischen einem oberen Abschnitt eines Ventilkopfes und einer Ventilführungslauffläche angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Länge der mit der Wärmebeschichtung bedeckten Oberfläche am Auslassventil größer als am Ansaugventil.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motorzylinderkopf bereitgestellt, aufweisend eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, wobei die innere Metallstruktur eine wärmebeschichtete Vielzahl von Auslasskanälen und einen wärmebeschichteten Brennraumeinsatz beinhaltet; eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur, die die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt; und ein Bohrungsträger- und Kühlungsbrückenausrichtungsmerkmal, das den Brennraumeinsatz einrahmt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die äußere Polymerverbundmaterialstruktur eine oder mehrere Ansaug- und Absaugölzuleitungen für einen Hydrostößel.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch ein Auslassventil und ein Ansaugventil gekennzeichnet, von denen jeweils wenigstens ein Abschnitt wärmebeschichtet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Wärmebeschichtung eine Keramikbeschichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5657729 [0010]

Claims

Motorzylinderkopf, umfassend: eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, von der wenigstens ein Abschnitt eine Wärmebeschichtung beinhaltet; und eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 1, wobei die innere Metallstruktur eine Feuerfläche mit einer Auslasskanalfläche beinhaltet und die Wärmebeschichtung die Auslasskanalfläche abdeckt.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innere Metallstruktur einen Brennraum bildet, der mit der Wärmebeschichtung beschichtet ist.
Motorzylinderkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Abschnitt des Ventils eine Wärmebeschichtung beinhaltet.
Motorzylinderkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine gesamte Oberfläche einer Ventilkopffläche des Ventils die Wärmebeschichtung beinhaltet.
Motorzylinderkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein gesamtes Ventil und seine Oberflächen aus Keramik hergestellt sind.
Motorzylinderkopf, umfassend: eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur; eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur; und ein Auslassventil und ein Ansaugventil, wobei wenigstens ein Abschnitt der inneren Metallstruktur und wenigstens ein Abschnitt des Auslassventils, des Ansaugventils oder beider eine erste Wärmebeschichtung, eine zweite Wärmebeschichtung oder beide beinhalten.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 7, wobei die erste Wärmebeschichtung Keramik ist und die zweite Wärmebeschichtung eine andere chemische Zusammensetzung als die erste Wärmebeschichtung aufweist.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ansaugventil und eine Sitzfläche des Auslassventils frei von der ersten Wärmebeschichtung sind.
Motorzylinderkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Ventilkopffläche und ein Ventilschaft des Auslassventils die erste Wärmebeschichtung beinhalten.
Motorzylinderkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine Länge der mit der Wärmebeschichtung bedeckten Oberfläche am Auslassventil größer als am Ansaugventil ist.
Motorzylinderkopf, umfassend: eine aus einem Metallmaterial gebildete innere Metallstruktur, wobei die innere Metallstruktur eine wärmebeschichtete Vielzahl von Auslasskanälen und einen wärmebeschichteten Brennraumeinsatz beinhaltet; eine aus einem Polymerverbundmaterial gebildete äußere Polymerverbundmaterialstruktur, die die innere Metallstruktur wenigstens teilweise umgibt; und ein Bohrungsträger- und Kühlbrückenausrichtungsmerkmal, das den Brennraumeinsatz einrahmt.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 12, wobei die äußere Polymerverbundmaterialstruktur eine oder mehrere Ansaug- und Absaugölzuleitungen für einen Hydrostößel beinhaltet.
Motorzylinderkopf nach Anspruch 12 oder 13, ferner beinhaltend ein Auslassventil und ein Ansaugventil, von denen jeweils wenigstens ein Abschnitt wärmebeschichtet ist.
Motorzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 12 bis 14, wobei die Wärmebeschichtung eine Keramikbeschichtung ist.