DE102019100705A1

DE102019100705A1 - Integrierter Zylinderkopf mit Abgasrückführung

Info

Publication number: DE102019100705A1
Application number: DE102019100705.4A
Authority: DE
Inventors: Christopher Donald Wicks; James Henry Malo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-12
Publication date: 2019-07-18
Also published as: CN110043396A; US10208715B1

Abstract

Die Offenbarung stellt einen „INTEGRIERTEN ZYLINDERKOPF MIT EINER ABGASRÜCKFÜHRUNG“ bereit. Ein Antriebsstrangsystem beinhaltet einen Abgaskrümmer mit einer Abgasströmung und einem Steuerventil zum Freisetzen von Abgas und geschichtetes Material, das einen integrierten Motorzylinderkopf und eine Abgasrückführung definiert und mit dem Abgasstrom und dem Ventil verbunden ist, einschließlich eines rohrförmigen Einlasses, der eine Vielzahl von Abzweigungen um den Zylinderkopf herum definiert und eine Vielzahl von Düsen aufweist, die sich in Hohlräume von Einlassöffnungen des Zylinderkopfes erstreckt. Jede der Abzweigungen umgibt eine Außenfläche einer der Einlassöffnungen, so dass keine Dichtung zwischen der Rückführung und dem Zylinderkopf vorhanden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen integrierten Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei der Zylinderkopf über eine Abgasrückführung und ein Verfahren für deren Herstellung verfügt.
HINTERGRUND
Ein Zylinderkopf ist ein Teil des Antriebsstrangs, der als Gehäuse für verschiedene Motorbauteile wie Ansaugkrümmer, Auslassventile, Federn, Heber und Brennkammer dient. Ein Zylinderkopf ist so aufgebaut, dass er eine Vielfalt von Flüssigkeiten verteilt. Eine Reihe von Durchgängen oder Öffnungen im Zylinderkopf ermöglichen den Durchfluss von Gasen wie Umgebungsluft und Kraftstoff im Zylinder. Gleichzeitig lässt der Zylinderkopf das Abgas aus ihm herausströmen. Der Zylinderkopf leitet auch eine Kühlflüssigkeit in den Motorblock und kühlt damit die Motorbauteile ab.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einer Ausführungsform wird ein Antriebsstrangsystem offenbart. Das System beinhaltet einen Abgaskrümmer mit einer Abströmung und einem Steuerventil zum Freisetzen von Abgas. Das System beinhaltet weiterhin geschichtetes Material, das einen integrierten Motorzylinderkopf und eine Abgasrückführung definiert, die mit dem Abgasstrom und dem Ventil verbunden ist, einschließlich eines rohrförmigen Einlasses, der eine Vielzahl von Abzweigungen um den Zylinderkopf herum definiert und eine Vielzahl von Düsen aufweist, die sich in Hohlräume von Einlassöffnungen des Zylinderkopfes erstreckt, wobei jede der Abzweigungen eine Außenfläche einer der Einlassöffnungen derart umgibt, dass es keine Dichtung zwischen der Rückführung und dem Zylinderkopf gibt. Die Abzweigungen können die Außenfläche von einer der Einlassöffnungen nur teilweise umgeben. Die Zweige können symmetrisch sein. Jede der Vielzahl von Düsen kann einen länglichen Körper beinhalten, der sich zu den Hohlräumen einer der Einlassöffnungen hin verengt. Der Körper kann zylindrisch sein. Jede der Vielzahl von Düsen kann eine Umleiteinrichtung beinhalten, die einen Abgasstrom beim Eintritt in die Einlassöffnungen teilt. Die Umleiteinrichtung kann verjüngt sein.
In einer alternativen Ausführungsform wird eine Abgasrückführung offenbart. Die Rückführung beinhaltet ein gekrümmtes, geschichtetes rohrförmiges Element, das mindestens zwei Düsen definiert, die sich auf einer Seite des rohrförmigen Elements befinden, wobei jede der mindestens zwei Düsen einen länglichen Körper und eine Spitze mit mindestens einer Öffnung aufweist, die sich in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes erstreckt, so dass es keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf gibt. Der längliche Körper kann sich zu dem Hohlraum der Einlassöffnung hin verengen. Die mindestens eine Düse kann eine Umleiteinrichtung beinhalten. Die Umleiteinrichtung kann auf mindestens einer Seite verjüngt sein. Es können mindestens zwei Arten von Umleiteinrichtungen in dem rohrförmigen Element vorhanden sein. Das rohrförmige Element kann eine Vielzahl von Düsen beinhalten, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
In noch einer alternativen Ausführungsform wird ein Motorbauteil offenbart. Das Motorbauteil beinhaltet einen geschichteten Kanal, der eine Abgasrückführung bildet, die konfiguriert ist, um NOx des Motors zu reduzieren, und zwei gekrümmte Enden aufweist, wobei das rohrförmige Element mindestens zwei Düsen aufnimmt, die NOx in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes freisetzen können, so dass über Spitzen mit einer Vielzahl von Öffnungen keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf vorhanden ist. Jede Einlassöffnung kann das geschichtete rohrförmige Element beinhalten. Die mindestens eine Düse kann eine Vielzahl von Düsen mit verschiedenen Spitzen beinhalten. Die Spitze kann eine Umleiteinrichtung beinhalten. Die Umleiteinrichtung kann auf mindestens einer Seite verjüngt sein. Das geschichtete rohrförmige Element kann mit mindestens einem zusätzlichen rohrförmigen Element verbunden sein, das die Abgasrückführung bildet. Die Verbindung kann über ein in den integrierten Zylinderkopf integriertes Rohr erfolgen.
Figurenliste

1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines nicht einschränkenden Beispiels einer Brennkraftmaschine, die in der Lage ist, verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzuwenden;
2 veranschaulicht eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiel-Zylinderkopfes, der eine hier offenbarte Öffnung einsetzt;
3 veranschaulicht eine Detailansicht eines Teils des in 2 dargestellten Zylinderkopfes mit einer integrierten Beispiel-Flüssigkeitsabgabeöffnung;
Die 4A-4C veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Flüssigkeitsverteilungsöffnung, die mit dem Zylinderkopf der 2 und 3 integriert ist;
5 zeigt eine alternative Ansicht der Einlassöffnungen des Zylinderkopfes und der integrierten Flüssigkeitsverteilungsöffnung von 3;
6 zeigt einen Querschnitt durch die Flüssigkeitsverteilungsöffnung von 5;
7 zeigt ein alternatives Beispiel für die Ausführungsform der Flüssigkeitsverteilungsöffnung im Zylinderkopf;
8 zeigt eine andere Ansicht der Flüssigkeitsverteilungsöffnung von 7;
9 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel für Düsen mit Spitzen zur Flüssigkeitsverteilung, die in ein Inneres der Zylinderkopf-Einlassöffnung ragen;
Die 10A-10C zeigen noch alternativere Ausführungsbeispiele von Düsen der hierin offenbarten Flüssigkeitsverteilungsöffnung; und
11 zeigt schematisch einen Zusammenhang zwischen einer Flüssigkeitszufuhr und der Flüssigkei tsverteil ungsöffnung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen mehrere und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, die hier offenbart sind, nicht als begrenzend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns, dass er die vorliegende Erfindung vielfältig einsetzt. Der Durchschnittsfachmann versteht, dass mehrere Merkmale, die mit Bezug auf jede beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen in einer oder mehreren anderen Figuren kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu produzieren, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Mehrere Kombinationen und Modifikationen der Merkmale im Einklang mit den Lehren dieser Offenbarung könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht werden.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind alle numerischen Größen in dieser Beschreibung, die Abmessungen oder Materialeigenschaften angeben, als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen, um den weitesten Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben.
Die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt vorliegend für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt entsprechend für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft durch die gleiche Technik bestimmt, auf die zuvor oder später für dieselbe Eigenschaft Bezug genommen wurde.
Im Einzelnen wird auf die den Erfindern bekannten Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwiesen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Daher sind die spezifischen Details, die hier offenbart sind, nicht als begrenzend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Basen zum Lehren eines Fachmanns, so dass er die vorliegende Erfindung vielfältig einsetzt.
Eine Brennkraftmaschine 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 schließt sich oben am Zylinder und bildet so eine Brennkammer. Darüber hinaus bietet der Zylinderkopf Platz für die Durchgänge, die Kraftstoff, Umgebungsluft, Abgasrückführungs (AGR)-Gas und dergleichen als Gemisch in den Zylinder einspeisen und das Abgas entweichen lassen. Der Zylinderkopf kann auch eine geeignete Stelle sein, um Zündkerzen, Ventile und Kraftstoffeinspritzung zu montieren.
Der Zylinderkopf verfügt über eine Reihe von Öffnungen, Durchgängen und/oder Kanälen, die eine Vielfalt von Flüssigkeiten zu den Zylindern und anderen Teilen des Motors leiten. Geometrie, Ausrichtung und Design des Zylinderkopfes haben direkten Einfluss auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. 1 veranschaulicht ein schematisches, nicht einschränkendes Beispiel für eine Brennkraftmaschine 20. Der Motor 20 weist eine Vielzahl von Zylindern 22 auf, von denen einer veranschaulicht ist. Der Motor 20 kann eine beliebige Anzahl von Zylindern 22 aufweisen, einschließlich drei, vier, sechs, acht oder einer anderen Anzahl. Die Zylinder können in verschiedenen Konfigurationen im Motor positioniert werden, zum Beispiel als V-Motor, Reihenmotor oder eine andere Anordnung.
Der Beispiel-Motor 20 weist eine Brennkammer 24 auf, die jedem Zylinder 22 zugeordnet ist. Der Zylinder 22 wird durch Zylinderwände 32 und Kolben 34 gebildet. Der Kolben 34 ist mit einer Kurbelwelle 36 verbunden. Die Brennkammer 24 steht in Fluidverbindung mit einem Beispiel-Ansaugkrümmer 38 und dem Abgaskrümmer 40. Ein Einlassventil 42 steuert den Durchfluss vom Ansaugkrümmer 38 in die Brennkammer 24. Ein Auslassventil 44 steuert den Durchfluss von der Brennkammer 24 zum Abgaskrümmer 40. Die Einlass- und Auslassventile 42, 44 können auf verschiedene Weise betrieben werden, wie es in dem Stand der Technik zur Steuerung des Motorbetriebs bekannt ist.
Eine Kraftstoffeinspritzung 46 gibt Kraftstoff aus einem Kraftstoffsystem direkt in die Brennkammer 24 ab, so dass der Motor ein Direkteinspritzmotor ist. Ein Niederdruck- oder Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem kann mit dem Motor 20 verwendet werden, oder ein Saugrohreinspritzsystem kann in anderen Beispielen verwendet werden. Ein Zündsystem beinhaltet eine Zündkerze 48, die so gesteuert wird, dass sie Energie in Form eines Funkens zum Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 24 bereitstellt. In anderen Ausführungsformen können andere Kraftstoffzufuhrsysteme und Zündsysteme oder - techniken, einschließlich Kompressionszündung, verwendet werden.
Der Motor 20 beinhaltet eine Steuerung und verschiedene Sensoren, die konfiguriert sind, um Signale an die Steuerung zum Steuern der Luft- und Kraftstoffzufuhr zum Motor, des Zündzeitpunktes, der Leistung und des Drehmoments des Motors und dergleichen bereitzustellen. Motorsensoren können einen Sauerstoffsensor im Abgaskrümmer 40, eine Motorkühlmitteltemperatur, einen Gaspedalpositionssensor, einen Motorverteilerdrucksensor (MAP), einen Motorpositionssensor für die Kurbelwellenposition, einen Luftmassensensor im Ansaugkrümmer 38, einen Drosselklappenpositionssensor und dergleichen beinhalten, sind darauf jedoch nicht beschränkt.
In einigen Ausführungsformen kann der Motor 20 als einzige Antriebsmaschine in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem konventionellen Fahrzeug oder einem Stopp-Startfahrzeug, verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Motor in einem Hybridfahrzeug verwendet werden, in dem eine zusätzliche Antriebsmaschine, wie beispielsweise eine elektrische Maschine, verfügbar ist, um zusätzliche Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.
Jeder Zylinder 22 kann unter einem Viertaktzyklus betrieben werden, der einen Saughub, einen Kompressionshub, einen Zündhub und einen Auslasshub beinhaltet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Zweitaktzyklus betrieben werden. Während des Saughubs öffnet sich das Einlassventil 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 38 in die Brennkammer 24 einzubringen. Die Kolbenposition 34 oben am Zylinder 22 wird allgemein als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. Die Kolbenposition 34 am unteren Ende des Zylinders 22 wird allgemein als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet.
Während des Kompressionshubs sind die Ein- und Auslassventile 42, 44 geschlossen. Der Kolben 34 bewegt sich von unten nach oben zum Zylinder 22, um die Luft in der Brennkammer 24 zu komprimieren.
Anschließend wird der Kraftstoff in die Brennkammer 24 eingebracht und gezündet. In dem dargestellten Motor 20 wird der Kraftstoff in die Kammer 24 eingespritzt und dann über die Zündkerze 48 gezündet. In anderen Beispielen kann der Kraftstoff durch Kompressionszündung gezündet werden.
Während des Expansionshubs dehnt sich das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 24 aus, wodurch 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 ein mechanisches Drehmoment des Motors 20 bereit.
Während des Auslasshubs bleibt das Einlassventil 42 geschlossen und das Auslassventil 44 öffnet sich. Der Kolben 34 bewegt sich von der Unterseite des Zylinders zur Oberseite des Zylinders 22, um die Abgase und Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer 24 zu entfernen, indem er das Volumen der Kammer 24 reduziert. Die Abgase strömen vom Verbrennungszylinder 22 zum Abgaskrümmer 40 und zu einem Nachbehandlungssystem, wie beispielsweise einem Katalysator.
Die Positionen und Zeitsteuerung des Einlass- und Auslassventils 42, 44 sowie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt können für die verschiedenen Motorhübe variiert werden.
Der Motor 20 beinhaltet ein Kühlsystem, um Wärme aus dem Motor 20 abzuführen, und kann als Kühlmantel mit Wasser oder einem anderen Kühlmittel in den Motor 20 integriert werden. Zwischen dem Zylinderblock 76 und dem Zylinderkopf 79 kann eine Zylinderkopfdichtung 78 eingefügt werden, um die Zylinder 22 abzudichten.
Typischerweise wird ein Zylinderkopf aus Metall und/oder Keramik gefertigt. Die traditionellen Herstellungsverfahren beinhalten jedoch eine Reihe von Schritten und/oder eine Reihe von Teilen, so dass der Zylinderkopf in separaten Teilen hergestellt wird, die anschließend zusammengefügt werden. Auch wenn der Zylinderkopf einteilig gegossen wird, stellen die traditionellen Umform- und/oder Verbundwerkstofftechniken wie Gießen oder Formen Fertigungseinschränkungen hinsichtlich der Zylinderkopfgeometrie dar. Aufwändige, detaillierte Teile können daher nur als separate Teile hinzugefügt werden, die eine Anzahl von Verbindungsteilen erfordern. Wenn die Verbindungsteile aus anderen Materialien als der Zylinderkopf selbst bestehen, stellt die Verbindung typischerweise eine Herausforderung dar, insbesondere wenn die Verbindung dicht sein soll. Die Montage kann daher zeitaufwendig sein und die Zykluszeit verlängern. Darüber hinaus sind immer dann, wenn eine Verbindung von mindestens zwei Bauteilen erforderlich ist, notwendige Kontrollprüfungen unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Verbindung korrekt hergestellt wird. Solche Prüfungen sind teuer und erhöhen die Zykluszeit.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist hierin ein Zylinderkopf 100 offenbart, der ein oder mehrere der oben beschriebenen Probleme überwindet. 2 zeigt ein nicht einschränkendes Beispiel für den Zylinderkopf 100, der in Brennkraftmaschine 20 von 1 oder in einem anderen Brennkraftmaschinensystem verwendet werden kann. Der Zylinderkopf 100 kann aus Metall wie Eisen, Edelstahl oder Aluminium gefertigt sein. Alternativ kann der Zylinderkopf 100 aus mindestens zwei Materialarten einschließlich Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Der Zylinderkopf 100 kann somit Abschnitte aus polymeren Materialien, Keramik, Verbundwerkstoffen, Metall oder einer Kombination derselben aufweisen. Der Zylinderkopf 100 präsentiert eine solche Geometrie und Materialien, die es ermöglichen, den Verbrennungsdruck und die thermische Belastung einzudämmen, während der Zylinderkopf 100 leicht sein kann und somit zu einer besseren Kraftstoffeffizienz beiträgt. Der Zylinderkopf 100 kann weitere Vorteile wie gute Korrosionsbeständigkeit, thermische Vorteile wie eine optimierte Wärmeübertragung, beibehaltene Steifigkeit und/oder reduzierte Anzahl von Maschinenoperationen während der Herstellung des Zylinderkopfes im Vergleich zu Zylinderköpfen aus Gusseisen oder Aluminium aufweisen.
Der Zylinderkopf 100 kann folgende Bauteile aufweisen: eine oder mehrere Ventilschaftführungen, eine Auslassfläche, einen oder mehrere Einlassventilfedersitze, einen oder mehrere Auslassventilfedersitze, ein Feuerdeck, einen oder mehrere Kuppeln einer oder mehrerer Brennkammern, eine oder mehrere Kopfschraubensäulen oder eine Kombination derselben. Das Feuer- oder das Hauptdeck kann eine oder mehrere Einlass- und/oder Auslassöffnungen beinhalten, die Durchgänge sind, die von den Verteilern zu den jeweiligen Ventilen führen. Insbesondere beinhaltet der Zylinderkopf Abgasöffnungen, die zu einem Abgaskrümmer (nicht dargestellt) führen.
Zusätzlich beinhaltet der Zylinderkopf 100 eine oder mehrere Einlassöffnungen 102, die zu einem Ansaugkrümmer (nicht dargestellt) führen oder sich mit diesem verbinden, insbesondere zu einem Ausgang des Ansaugkrümmers von einem oder mehreren Kufen des Ansaugkrümmers. 3 zeigt eine detailliertere Ansicht von zwei Einlassöffnungen 102. Jede Einlassöffnung 106 beinhaltet eine äußere Unterseite 106 und eine Oberseite 108.
Die genannten Bauteile sowie eine Reihe anderer Bauteile und/oder Teile können integraler Bestandteil des Zylinderkopfes 100 sein, so dass ein Abschnitt des Zylinderkopfes 100 allmählich in einen anderen Abschnitt des Zylinderkopfes 100 übergeht.
Der abgebildete Zylinderkopf 100 weist eine Flüssigkeitsöffnung 200 auf, die eine Flüssigkeit in den Zylinderkopf 100 leiten kann. Die Flüssigkeit kann eine Vielfalt von Funktionen erfüllen und auf eine Vielfalt von Zielen abzielen. Die Flüssigkeit kann eine Additivflüssigkeit, eine Betriebsflüssigkeit, wie beispielsweise eine Flüssigkeit, die einen Teil des Motors reinigen kann, oder eine Flüssigkeit, die die Motorleistung steigern kann, sein. Beispielflüssigkeiten können Lachgas, ein Kraftstoffeinspritzdüsenreiniger, Motorentfetter, Kurbelgehäusekonditionierer, ein Universalreiniger, Vergaserreiniger, dergleichen oder eine Kombination davon sein. Andere Flüssigkeiten wie Abgas oder Kondensat werden in Betracht gezogen.
Wie in den 4A-4C dargestellt, kann die Flüssigkeitsabgabeöffnung oder Öffnung 200 mindestens einen Kanal, eine Leitung, einen Schlauch oder ein Rohr 201 mit einem Einlass 202 beinhalten. Der Einlass kann rohrförmig mit einem Querschnitt sein, der symmetrisch, asymmetrisch, regelmäßig, unregelmäßig, rund, oval, quadratisch, rechteckig, dreieckig, länglich oder dergleichen ist. Der Einlass 202 kann sich außerhalb des Zylinderkopfes 100 befinden. So kann beispielsweise der Einlass 202 angrenzend an eine Außenwand des Zylinderkopfes 100, entlang der Außenwand des Zylinderkopfes 100 und/oder senkrecht zur Außenwand des Zylinderkopfes 100 angeordnet sein. Das Rohr 201 mit dem Einlass 202 kann auch ein integraler Bestandteil des Zylinderkopf-100-Körpers sein, so dass ein Abschnitt des Rohrs 201 ein integraler Bestandteil des Zylinderkopfkörpers ist, eng mit dem Körper verbunden ist oder einen Abschnitt des Zylinderkopfkörpers bildet.
Die Öffnung 200 kann einen oder mehrere Abzweigungen oder Arme 204 beinhalten, die sich in einen Innenraum des Zylinderkopfes 100 erstrecken, so dass keine Dichtung zwischen der Flüssigkeitsabgabeöffnung 200 und dem Zylinderkopf 100 vorhanden ist. Mit anderen Worten, die Öffnung 200 und der Zylinderkopf 100 sind als integrale Bestandteile, als geschichtetes Einheitsstück ausgebildet, so dass die Öffnung 200 nahtlos in den Zylinderkopf 100 übergeht. Der Flüssigkeitsabgabeöffnung 200 kann 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder mehr Abzweigungen 204 beinhalten. In mindestens einer Ausführungsform kann ein Abschnitt der Abzweigungen 204 an der Außenseite des Zylinderkopfes 100 und ein anderer Abschnitt der Abzweigungen 204 an der Innenseite des Zylinderkopfes 100 angeordnet sein.
4A veranschaulicht das Rohr 201, das sich in zwei Abzweigungen 204 teilt. In mindestens einer alternativen Ausführungsform, dargestellt in 4B, kann ein einzelner Einlass 202 die Flüssigkeit für vier einzelne, aber miteinander verbundene Abzweigungen 204 bereitstellen. In einer noch alternativen Ausführungsform von 4C kann der Einlass 202 in eine einzige Abzweigung 204 übergehen, die unabhängig von zusätzlichen Rohren 201, Einlässen 202 und Abzweigungen 204 ist.
Wie in 3 im Detail dargestellt, können sich die einzelnen Abzweigungen 204 dem Zylinderkopf 100 nähern und an der Außenfläche des Zylinderkopfes 100 an, angrenzend an oder zwischen einem oder mehreren Einlassöffnungen 102 anhaften. Wie 3 zeigt, können sich die Abzweigungen durch die Verbindung zwischen zwei Einlassöffnungen 110 dem Zylinderkopf 100, insbesondere an der unteren Seite 106, nähern.
Die Anzahl und Anordnung der Abzweigungen 204 hängt von der spezifischen Ausführung des Zylinderkopfes 100 ab. So kann beispielsweise eine einzige Abzweigung 204 der Einlassöffnung 102 zugeordnet werden. In einer alternativen Ausführungsform, dargestellt in den 2 und 3, versorgt eine einzige Abzweigung 204 zwei Flügel 206 mit der Flüssigkeit, die jeweils eine Einlassöffnung 102 umgeben. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann eine einzelne Abzweigung 204 mit jedem Flügel 206 über ein Verbindungsstück 210 verbunden werden, wie beispielsweise in 3 dargestellt. Die Verbindung kann ein allmählicher Übergang der Abzweigung 204 in einen Flügel 206 sein. Die Verbindung kann an einem Endabschnitt 212, Mittelabschnitt 214 des Flügels 206 oder in einem gekrümmten Abschnitt des Flügels 206 angeordnet sein.
In mindestens einer Ausführungsform, deren Beispiel in 3 dargestellt ist, kann sich jede Abzweigung 204 weiter in einen Satz von Flügeln oder Unterzweigen 206 erstrecken. Die Verlängerung der Abzweigung 204 in den Satz der Flügel 206 kann ein gegabeltes Rohr bilden. Der Flügelsatz kann zwei benachbarte Flügel 206 beinhalten. Die Aufteilung der Abzweigung 204 in einen Satz von Flügeln 206 kann symmetrisch sein, so dass die Aufteilung ein gekrümmtes Verbindungsstück 210 von der Abzweigung 204 in jeden Flügel 206, ein Verbindungsstück 210, das in einem Winkel nach rechts gekrümmt ist, und ein zweites Verbindungsstück 210, das in einem Winkel nach links gekrümmt ist, beinhalten kann. Der Winkel kann 20, 30, 40, 45, 50, 60, 70, 75, 80, 90 oder mehr Grad in Bezug auf die Richtung der Abzweigung 204 betragen. Die Verbindung kann sich im Durchmesser vergrößern oder verkleinern, wenn die Verbindung in den Flügel 206 übergeht.
Das Verbindungsstück 210 geht schrittweise von der Abzweigung 204 in den Flügel oder Unterzweig 206 über. Der Übergang kann an einem Endabschnitt 212, Mittelabschnitt 214 des Flügels 206 oder in einem gekrümmten Abschnitt des Flügels 206 angeordnet sein. Es kann vorteilhaft sein, das Verbindungsstück 210 weiter von einem Endabschnitt 212 des Flügels 206 entfernt zu platzieren, um einen gleichmäßigen Fluss der Flüssigkeit innerhalb der Flügel 206 zu gewährleisten.
Jeder Flügel 206 kann symmetrisch oder asymmetrisch sein. So kann beispielsweise jeder Flügel 206 eine Krümmung bilden, die an jedem Ende 212 gleichmäßig oder ungleichmäßig ist. Die Flügel 206 können rohrförmig oder hohl sein oder ein rohrförmiges oder hohles Element oder einen Kanal bilden, um den Durchfluss der Flüssigkeit im Inneren zu ermöglichen. Die rohrförmige Krümmung kann eine gleichmäßige Strömung der Flüssigkeit von den Abzweigungen 204 über die Flügel 206 zu einem Ziel, wie beispielsweise eine Düse 208, ermöglichen, von der aus die Flüssigkeit in den inneren Hohlraum des Zylinderkopfes 100 eintritt.
Jeder Flügel 206 kann einen Halbring, ein halbes Oval, einen Viertelring, ein Vierteloval, einen ¾ Ring, ein ¾ Oval, einen ganzen Ring oder ein ganzes Oval, einen Torus, ein abgerundetes Rechteck, ein abgerundetes Quadrat bilden. Andere Längen des Flügels 206 werden in Betracht gezogen. In mindestens einer Ausführungsform kann der Flügel 206 Ecken aufweisen, die nicht gekrümmt oder länglich sind, so dass die Form des Flügels 206 quadratisch oder rechteckig mit scharfen Ecken sein kann. Bei einem solchen Design kann es jedoch schwieriger sein, einen optimalen, gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom zu erreichen.
Die Flügel 206 können zumindest teilweise einen Abschnitt des Zylinderkopfes 100 umgeben, wie in 3 dargestellt. So können beispielsweise die Flügel 206 die Einlassöffnung 102 ganz oder teilweise umgeben. Wenn ein Flügel 206 eine Einlassöffnung 102 teilweise oder vollständig umgibt, kann ein Abschnitt des Flügels 206 durch mindestens einen Abschnitt des Zylinderkopfes 100 ragen, der sich zwischen zwei benachbarten Einlassöffnungen 102 an der Verbindung zwischen den Einlassöffnungen 110 befindet. Somit kann ein ganzer Umfang oder eine ganze Länge einer Einlassöffnung 102, ¾, ½, ¼ oder ein anderer Abschnitt des Umfangs der Einlassöffnung 102 von einem Flügel 206 umgeben sein. In diesem Fall können die in den Flügeln 206 vorhandenen Düsen 208 nur in einem Abschnitt des Flügels 206 oder in der gesamten Länge des Flügels 206 bereitgestellt sein.
Jede Öffnung 200 kann eine oder mehrere Düsen 208 beinhalten, die in den 5-10C dargestellt sind. Die Anzahl der Düsen kann je nach den Bedürfnissen einer bestimmten Anwendung variieren. Die Düsen 208 können sich von der Abzweigung 204 oder vom Flügel 206 erstrecken. So kann beispielsweise jede Abzweigung 204 mehr als eine Düse 208 beinhalten. Alternativ kann jeder Flügel 206 mehr als eine Düse 208 beinhalten. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Flügel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Düsen beinhalten. Die Düsen 208 können in jedem/r Flügel 206, Abzweigung 204, Öffnung 200 gleich oder unterschiedlich sein.
Die Abzweigung 204 oder der Flügel 206 können die Düsen 208 auf ihrer gesamten Länge oder nur auf einem Abschnitt ihrer Länge beinhalten, wie beispielsweise in 5 dargestellt. Die Düsen 208 können gleichmäßig oder ungleichmäßig über die Länge der Abzweigung 204 oder des Flügels 206 verteilt sein. In einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, bei dem der Flügel 206 die Einlassöffnung 102 teilweise umgibt, können die Düsen 208 über die gesamte Länge des Flügels 206 angeordnet sein.
Die Düse 208 kann einen Körper 216 und eine Spitze 218 aufweisen, wie in den 5 und 7 dargestellt. Der Körper 216 kann länglich sein. Die Abmessungen des Körpers 216 können einheitlich oder nicht-einheitlich sein. So kann sich beispielsweise der Körper 216 in Richtung der Öffnung 200, Abzweigung 204, Flügel 206 zum Inneren des Zylinderkopfes 100 hin verengen oder verbreitern. Der Durchmesser der Düse 208 ist breit genug, um den Durchfluss der Flüssigkeit von der Öffnung 200 in das Innere des Zylinderkopfes 100 zu ermöglichen. Der Durchmesser der Düse 208 kann kleiner sein als der Durchmesser der Abzweigung 204, des Flügels 206 oder beider. Der Durchmesser der Düse 208 kann ein Achtel, ein Viertel, eine Hälfte des Durchmessers der Abzweigung 204, des Flügels 206 oder beider sein. Alternativ kann der Durchmesser der Düse 208 einmal, zweimal, dreimal, viermal, viermal, fünfmal, achtmal oder zehnmal kleiner sein als der Durchmesser der Abzweigung 204, des Flügels 206 oder beider.
Jede Düse 208 kann die gleichen oder unterschiedliche Abmessungen des Körpers 216 aufweisen. So können beispielsweise Düsen 208 mit einem ersten Durchmesser abwechseln mit Düsen 208 mit einem zweiten Durchmesser, wobei sich der zweite Durchmesser vom ersten Durchmesser unterscheidet. Der erste Durchmesser kann kleiner oder größer als der zweite Durchmesser sein. Ein dritter, vierter, fünfter Durchmesser, die sich voneinander und vom ersten und zweiten Durchmesser unterscheiden, werden in Betracht gezogen. Alternativ können die Düsen 208 mit dem ersten Durchmesser die äußersten Düsen 208 sein, während die Düsen 208 mit dem zweiten Durchmesser zwischen den äußersten Düsen 208 angeordnet sein können.
Wie in den 5 und 6 dargestellt, kann die Spitze 218 eine Apertur 220 aufweisen und/oder mit einer Innenfläche 114 der Einlassöffnung 102 bündig sein. Alternativ, wie in den 7 und 8 dargestellt, kann sich die Spitze 218 der Düse 208 in den Hohlraum des Zylinderkopfes 100 erstrecken. Die Spitze 218 kann somit eine Kerbe bilden. Die Verlängerung kann nur die Spitze 218 und/oder einen anderen Abschnitt der Düse 208 umfassen. Die in den Innenraum des Zylinderkopfes 100 ragende Spitze 218 ist in 9 ausführlich dargestellt.
Die Position, der Zweck, der Winkel und andere Eigenschaften des Anschlusses 200 bestimmen die Form der Düse 208, der Spitze 218 oder beider. So kann die Spitze 218 beispielsweise die Form eines Kegels, eines Kegelstumpfes, einer Halbkugel oder Kuppel aufweisen, abgerundet oder spitz sein. Andere Formen werden in Betracht gezogen. Die Spitze 218 kann mindestens eine Apertur oder Öffnung 220 aufweisen. Es können mehrere Öffnungen 220 vorhanden sein, die beispielsweise in einem Abschnitt der Spitze 218 über den gesamten Umfang der Spitze 218 angeordnet sind, in Reihen, die regelmäßig und unregelmäßig voneinander beabstandet sind. Wie in einem nicht einschränkenden Beispiel von 9 zu sehen ist, können auf jeder Spitze 218 drei Reihen von Öffnungen 220 angebracht werden, wobei die Öffnungen 220 auf einer Hälfte der Spitze 218 vorhanden sind, die auf den Hohlraum der Einlassöffnung 102 zeigt. Die Reihen können die gleichen oder unterschiedliche Öffnungen 220 aufweisen. So kann beispielsweise eine erste Reihe Öffnungen 220 mit einem kleineren oder größeren Durchmesser als die Öffnungen 220 in einer zweiten und/oder dritten Reihe aufweisen. Die Anzahl der Öffnungen 220 in jeder Reihe kann gleich oder unterschiedlich sein.
In einer alternativen Ausführungsform, die in den 5 und 6 dargestellt ist, kann die Düse 208 eine kreisförmige Öffnung 220 aufweisen, die mit der Innenfläche der Einlassöffnung 102 bündig ist und eine Anzahl von Umleiteinrichtungen 222 aufweist. Die Umleiteinrichtungen 222 können konisch oder gekrümmt sein. Die Umleiteinrichtungen 222 können an verschiedenen Stellen platziert werden. Die Funktion der Umleiteinrichtungen 222 besteht darin, die Führung der Flüssigkeit in eine bestimmte Richtung zu unterstützen, die Flüssigkeit auf gewünschte Oberflächen zu verteilen oder zu vermeiden, dass die Flüssigkeit auf Oberflächen gesprüht wird, die für hohe Hitze oder andere Bedingungen anfällig sind, die durch die Flüssigkeitsverteilung im Zylinderkopf 100 verursacht werden.
Je nach Art der Flüssigkeit, die aus den Düsen 208 verteilt wird, kann es beispielsweise wünschenswert sein, ein Sprühen eines Teilers 116, des mittleren Abschnitts der Einlassöffnung 102, zu vermeiden, um eine Überhitzung der Oberfläche des Teilers 116 zu vermeiden. Darüber hinaus kann eine allgemeine Vermeidung des Flüssigkeitssprühens auf den Teiler 116 wünschenswert sein, da die Flüssigkeit in die inneren Durchgänge des Zylinderkopfes 100 vordringen sollte, anstatt an den Wänden der Einlassöffnung 102 zu haften. Wenn jedoch über die Öffnung 200 eine Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Innenräume des Zylinderkopfes 100 zugeführt wird, kann es wünschenswert sein, die Reinigungsflüssigkeit direkt auf die Wände zu sprühen. In diesem Fall können die Umleiteinrichtungen 222 präzise geformt sein, um die Flüssigkeit auf den Teiler 116 und/oder andere Innenflächen 114 der Einlassöffnung 102 zu leiten.
Neben den Umleiteinrichtungen 222 können die Düse 208 und/oder die Spitze 218 einen oder mehrere Filter (nicht dargestellt) beinhalten, um die in den Zylinderkopf 100 freizusetzende Flüssigkeit zu reinigen. Alternativ können ein oder mehrere Filter an einer anderen Stelle innerhalb der Öffnung 200 angeordnet werden, wie beispielsweise im Einlass 202, in der Abzweigung 204, im Flügel 206 oder einer Kombination davon.
In noch alternativen Ausführungsformen sind in den 10A-10C eine Düse 208 mit einer Spitze 218 mit länglichen Öffnungen 220, eine Düse 208 mit einer abgerundeten Spitze 218 mit einer einzigen Öffnung 218 und eine Düse mit Öffnungen 220 dargestellt, die jeweils über den gesamten Umfang der Spitze 218 angeordnet sind.
Wie bereits erwähnt, kann die Flüssigkeit Lachgas sein, so dass die Öffnung 200 als Lachgasabgabevorrichtung oder -öffnung konfiguriert ist, die mit einer Lachgaszufuhr oder einem Lachgasspeicher verbunden und angepasst ist und die Leistung einer Brennkraftmaschine erhöhen kann. Typische Lachgasabgabevorrichtungen sind Ein-Punkt-Eintrittssysteme, die mit einem Ansaugkrümmer verschraubt sind. Die typischen Lachgasabgabesysteme erfordern daher eine zahlreiche mechanische Armaturen, die über eine Bördelanordnung verfügen, die sehr komplex sein kann, die es jedoch nicht ermöglicht, feine Löcher oder sogar eine Vielzahl von Löchern aufzunehmen. Die als Lachgasöffnung in einem Zylinderkopf 100 anstelle des Ansaugkrümmers ausgeführte Öffnung 200 ermöglicht eine feine, gleichmäßigere Verteilung von Lachgas ohne Störungen des Gasweges, die normalerweise durch ein Ein-Punkt-Eingangssystem und die Abgabe des Lachgases näher an die Brennkammer verursacht werden.
Die Öffnung 200 kann noch weitere verschiedene Funktionen haben, zum Beispiel als AGR-Vorrichtung dienen. Die AGR-Vorrichtung dient als Stickoxid-Reduktionsvorrichtung, die in der Lage ist, einen Teil des Motorabgases zu den Motorzylindern zurückzuleiten. Das AGR-Gas, das typischerweise durch einen Ansaugkrümmer strömt, wird mit verbrennungsinerten Gasen angereichert, die als Absorptionsmittel für Verbrennungswärme wirken, was die Spitzentemperaturen in den Zylindern reduziert.
Die typische AGR-Einlassöffnung ist dem Zylinderkopf vorgelagert, innerhalb des Schwanenhalses eines Ansaugkrümmers, der Drosselklappe oder in der Nähe des Drosselklappenadapterbereichs nachgelagert. Die Öffnung wird typischerweise bearbeitet, so dass eine Öffnung mit scharfen Kanten verbleibt. Wenn das AGR-System aktiv ist, wird also über einen einzigen Ort Abgas in den Gasstrom eingeleitet, was zu einer Unterbrechung des Gasstroms führen kann. Darüber hinaus ist durch den Ein-Punkt-Eintritt die Vermischung des Abgases mit dem Gas minimal.
Zur Verbesserung der Gesamtleistung und des Motorwirkungsgrades kann das AGR-Gas über die als AGR-Vorrichtung oder Abgasrückführung angeordneten Öffnung 200 geleitet werden, die zur Reduzierung des NOx des Motors konfiguriert ist und NOx direkt in das Innere des Zylinderkopfes 100 verteilen kann. Ein AGR-Gasweg über einen Ansaugkrümmer kann somit entfallen, und das AGR-Gas kann über die Öffnung 200 wesentlich näher an die Zylinder herangeführt werden. Die als Öffnung 200 ausgebildete Abgasrückführung kann mit einem Abgaskrümmer mit einem Abgasstrom, einem Rohr oder einer Leitung und einem Ventil, das das Abgas freisetzen kann, verbunden werden.
Weitere Vorteile der als Abgasrückführung konfigurierten Öffnung 200 können eine bessere Vermischung der Gase im Zylinderkopf 100, die Abgabe des Abgases näher am Verbrennungssystem, eine gleichmäßige Verteilung des Abgases, das zu einem stabileren Verbrennungsprozess beitragen und diesen aufrechterhalten kann, ein Beitrag zu einer besseren thermischen Steuerung des Systems und der Schutz des Drosselkörpers im Schwanenhals, der anfällig für hohe Hitze ist, vor der Einwirkung hoher Temperaturen im Zusammenhang mit der Wiedereinführung des Abgases in den Ansaugkrümmer sein. Die als AGR-Vorrichtung konfigurierte Öffnung 200 wird somit Teil der Kühlung des Motorsystems.
Alternativ kann die Öffnung 200 auch als Kondensatöffnung konfiguriert werden, die konfiguriert ist, um dem Motor Kondensat aus einem Wärmetauscher, wie beispielsweise einem Ladeluftkühler, der Kondensat sammeln kann, zuzuführen. Die Verbindung zwischen dem Wärmetauscher und der Öffnung 200 kann über Rohre, ein Rohr, eine Leitung, dergleichen oder eine Kombination davon erfolgen. Ein Steuerventil kann ebenfalls bereitgestellt werden. Ein Filter kann in oder vor der Öffnung 200 beinhaltet sein, um unerwünschte Verunreinigungen aus dem Kondensat zu entfernen.
11 zeigt schematisch die Verbindung des Zylinderkopfes 100 über die Öffnung 200 mit einer Flüssigkeitszufuhr 500. Die Zufuhr 500 kann ein Flüssigkeitsspeicher, Pool, Kollektor, Behälter, Speicher, ein Tank, ein Abschnitt des Motors, ein Abschnitt des Antriebsstrangs, ein Abgaskrümmer, ein Wärmetauscher oder eine andere Quelle sein. Die Zufuhr kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Die Zufuhr kann eine einmalige Zufuhr sein, wie beispielsweise eine einmalige Flüssigkeitszugabe, die die Zugabe der Flüssigkeit aus einem Behälter, der nicht Teil des Fahrzeugsystems ist, direkt zum Einlass 202 ermöglicht. So kann beispielsweise eine Flüssigkeit aus einem Behälter bereitgestellt werden, die nach der Zugabe entsorgt werden kann. Die Verbindung kann über Rohrleitungen, Strömungen, Rohre, Kanäle, Anschlüsse, Schläuche, Kanäle, Rinnen, Leitungen oder dergleichen erfolgen. Die Verbindung kann ein Ventil 502 beinhalten, das ein Steuerventil sein kann, das den Durchfluss der Flüssigkeit von der Zufuhr 500 zu der Öffnung 200 unter einem ersten Satz von Umständen ermöglicht und den Durchfluss der Flüssigkeit von der Zufuhr 500 zu der Öffnung 200 unter einem zweiten Satz von Umständen verhindert.
Der Zylinderkopf 100 kann mehr als eine Öffnung 200, mehr als einen Einlass 201 oder beides beinhalten. Jede Öffnung 200 kann so konfiguriert werden, dass sie die gleiche oder eine andere Flüssigkeit liefert. Jede Öffnung 200 kann mit der gleichen oder eine anderen Flüssigkeitszufuhr 500 verbunden werden. Eine einzelne Öffnung 200 und/oder ein Einlass 201 kann auch mit mehr als einer Art von Flüssigkeit verbunden sein, so dass die Rohleitung 203 ein Ventil aufweisen kann, das bei Bedarf die Verteilung einer ersten, zweiten und/oder dritten Flüssigkeit in den Zylinderkopf 100 ermöglichen kann, je nachdem, welche Flüssigkeit benötigt wird.
Ein Verfahren zum Bilden des integrierten Zylinderkopfes 100 und der Flüssigkeitsabgabeöffnung 200 ist ebenfalls hierin offenbart. Die Voraussetzung für die Produktion des offenbarten Zylinderkopfes 100, der einzigartige strukturelle Merkmale aufweist, die in den Figuren dargestellt und vorstehend beschrieben sind, kann die additive Herstellung sein. Additive Herstellungsprozesse beziehen sich auf Technologien, die 3D-Objekte erzeugen, indem sie Schicht für Schicht Material hinzufügen. Das Material kann Kunststoff, Metall, Beton oder dergleichen sein. Die additive Herstellung umfasst eine Reihe von Technologien wie 3D-Druck, Rapid Prototyping, Direktfertigung, Schichtherstellung, Additivfertigung, Wannenphotopolymerisation einschließlich Stereolithographie (SLA) und digitaler Lichtverarbeitung (DLP), Materialstrahlen, Bindemittelstrahlen, Materialextrusion, Pulverbettfusion, Blechlaminierung, gerichtete Energieabscheidung und dergleichen.
Die frühe additive Herstellung konzentrierte sich auf Vorproduktionsvisualisierungsmodelle, die Fertigung von Prototypen und dergleichen. Die Qualität der gefertigten Artikel bestimmt deren Verwendung und umgekehrt. Die frühen Artikel, die durch additive Herstellung gebildet wurden, waren im Allgemeinen nicht darauf ausgelegt, dem langfristigen Gebrauch standzuhalten. Die Ausrüstung für die additive Herstellung war ebenfalls teuer, und die Geschwindigkeit war ein Hindernis für eine breite Anwendung der additiven Herstellung für Großserienanwendungen. In letzter Zeit sind additive Herstellungsprozesse jedoch schneller und kostengünstiger geworden. Die additiven Herstellungstechnologien haben sich auch in Bezug auf die Qualität der gefertigten Artikel verbessert.
Jede additive Herstellungstechnik kann verwendet werden, um den offenbarten integralen Zylinderkopf 100 und die Öffnung 200 zu produzieren, da additive Herstellungstechnologien nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten. Das Verfahren kann die Verwendung eines Computers, einer 3D-Modellierungssoftware (Computer Aided Design oder CAD), einer Maschine, die in der Lage ist, Material aufzubringen, um den geschichteten Zylinderkopf 100 und das Schichtmaterial herzustellen, beinhalten. Ein Beispielverfahren kann auch das Erstellen eines virtuellen Designs des Zylinderkopfes 100 in einer CAD-Datei mit einem 3D-Modellierungsprogramm oder mit Hilfe eines 3D-Scanners beinhalten, der eine 3D-Digitalkopie des Zylinderkopfes 100 erstellt, beispielsweise aus einem bereits erstellten Zylinderkopf 100. Das Verfahren kann das Schneiden der digitalen Datei beinhalten, wobei jede Scheibe Daten enthält, so dass der Zylinderkopf 100 Schicht für Schicht gebildet werden kann. Das Verfahren kann das Lesen jeder Scheibe durch eine Maschine beinhalten, die das Schichtmaterial aufträgt. Das Verfahren kann das Hinzufügen aufeinanderfolgender Schichten des Schichtmaterials im Flüssig-, Pulver- oder Blechformat und das Bilden des Zylinderkopfes beim Verbinden jeder Schicht mit der nächsten Schicht beinhalten, so dass es kaum visuell erkennbare Anzeichen der diskret aufgebrachten Schichten gibt. Die Schichten bilden den vorstehend beschriebenen dreidimensionalen festen Zylinderkopf mit mindestens einer Einlassöffnung und einer Flüssigkeitsabgabeöffnung 200, so dass der additive Herstellungsprozess ein einheitliches Integralstück bildet. Das Verfahren kann das Bilden der Öffnung 200 beinhalten, die konfiguriert ist, um dem Zylinderkopf 100 eine Flüssigkeit zuzuführen, wie beispielsweise eine Abgasrückführung, eine Lachgasöffnung, eine Additivflüssigkeitsöffnung, eine Serviceflüssigkeitsöffnung oder eine Kondensatöffnung. Das Verfahren kann auch das Bilden zusätzlicher Merkmale als integrale Bestandteile des Zylinderkopfes 100 beinhalten.
Der additiv hergestellte Zylinderkopf 100 mit der Öffnung 200 muss möglicherweise einen oder mehrere Nachbearbeitungsschritte durchlaufen, um das endgültige 3D-Objekt zu erhalten, zum Beispiel eine Stabilisierung. Stabilisieren bezieht sich auf das Einstellen, Modifizieren, Verbessern, Verändern, Sichern, Aufrechterhalten, Konservieren, Auswuchten oder Ändern einer oder mehrerer Eigenschaften des durch additive Herstellung gebildeten Zylinderkopfes 100, so dass der gebildete Zylinderkopf 100 nach der Herstellung vorgegebenen Standards entspricht.
Der stabilisierte Zylinderkopf 100 bleibt mehrere Stunden, Tage, Wochen, Monate, Jahre und/oder Jahrzehnte nach der Herstellung in Übereinstimmung mit verschiedenen Standards. Die zu verändernde Eigenschaft kann sich auf physikalische, chemische, optische und/oder mechanische Eigenschaften beziehen. Zu den Eigenschaften können Dimensionsstabilität, Funktionalität, Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit, Lichtbeständigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Wasserbeständigkeit, Ultraviolett-(UV)-Beständigkeit, Wärmebeständigkeit, Gedächtniserhaltung, gewünschte/r Glanz, Farbe, mechanische Eigenschaften wie Zähigkeit, Festigkeit, Flexibilität, Dehnung und dergleichen oder eine Kombination daraus gehören.
Die additive Herstellung ermöglicht die Bildung komplexer Formen, wellenförmiger Formen, glatter Konturen und allmählicher Übergänge zwischen benachbarten Segmenten oder Teilen des einheitlichen Zylinderkopfes 100, was zu einer gleichmäßigeren Flüssigkeitsverteilung zum Motor führt. So ermöglicht die additive Herstellung beispielsweise die Bildung der komplizierten Formen der Abzweigungen 204, Flügel 206, Verbindungsstücke 210, Düsen 208, Spitzen 218, Öffnungen 220, Umleiteinrichtungen 222 und dergleichen. Der Zylinderkopf 100 und die gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren gebildete(n) Öffnung(en) 200 können frei von Befestigungselementen, Klebstoffen oder anderen Arten von Verbindungen sein, die für die traditionelle Zylinderkopfherstellung typisch sind.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte Worte zum Beschreiben statt zum Begrenzen, und es versteht sich, dass mehrere Veränderungen gemacht werden können, ohne von dem Wesen und Geltungsbereich der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsstrangsystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Abgasskrümmer mit einer Abströmung und einem Steuerventil zum Freisetzen von Abgas; und geschichtetem Material, das einen integrierten Motorzylinderkopf und einen Abgasrückführungskanal definiert, der mit dem Abgasstrom und dem Ventil verbunden ist, einschließlich eines rohrförmigen Einlasses, der eine Vielzahl von Abzweigungen um den Zylinderkopf herum definiert und eine Vielzahl von Düsen aufweist, die sich in Hohlräume von Einlassöffnungen des Zylinderkopfes erstreckt, wobei jede der Abzweigungen eine Außenfläche einer der Einlassöffnungen derart umgibt, dass es keine Dichtung zwischen der Rückführung und dem Zylinderkopf gibt.
Gemäß einer Ausführungsform umgeben die Abzweigungen die Außenfläche von einer der Einlassöffnungen nur teilweise.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Abzweigungen symmetrisch.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede der Vielzahl von Düsen einen länglichen Körper, der sich zu den Hohlräumen einer der Einlassöffnungen hin verengt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Körper zylindrisch.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede der Vielzahl von Düsen eine Umleiteinrichtung, die einen Abgasstrom beim Eintritt in die Einlassöffnungen teilt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Umleiteinrichtung verjüngt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasrückführung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: ein gekrümmtes, geschichtetes rohrförmiges Element, das mindestens zwei Düsen definiert, die sich auf einer Seite des rohrförmigen Elements befinden, wobei jede der mindestens zwei Düsen einen länglichen Körper und eine Spitze mit mindestens einer Öffnung aufweist, die sich in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes erstreckt, so dass es keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf gibt.
Gemäß einer Ausführungsform verengt sich der längliche Körper zu den Hohlräumen der Einlassöffnung hin.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Düse eine Umleiteinrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Umleiteinrichtung an mindestens einer Seite verjüngt.
Gemäß einer Ausführungsform sind mindestens zwei Arten von Umleiteinrichtungen in dem rohrförmigen Element vorhanden.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das rohrförmige Element eine Vielzahl von Düsen, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Motorbauteil bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen geschichteten Kanal, der eine Abgasrückführung bildet, die konfiguriert ist, um NOx des Motors zu reduzieren, und zwei gekrümmte Enden aufweist, wobei das rohrförmige Element mindestens zwei Düsen aufnimmt, die NOx in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes freisetzen können, so dass über Spitzen mit einer Vielzahl von Öffnungen keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf vorhanden ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jede Einlassöffnung das geschichtete rohrförmige Element.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die mindestens eine Düse eine Vielzahl von Düsen mit verschiedenen Spitzen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Spitze eine Umleitvorrichtung.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Umleiteinrichtung an mindestens einer Seite verjüngt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das geschichtete rohrförmige Element mit mindestens einem zusätzlichen rohrförmigen Element verbunden, das die Abgasrückführung bildet.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Verbindung über ein in den integrierten Zylinderkopf integriertes Rohr.

Claims

Antriebsstrangsystem, umfassend: einen Abgaskrümmer mit einer Abströmung und einem Steuerventil zum Freisetzen von Abgas; und geschichtetes Material, das einen integrierten Motorzylinderkopf und einen Abgasrückführungskanal definiert, der mit dem Abgasstrom und dem Ventil verbunden ist, einschließlich eines rohrförmigen Einlasses, der eine Vielzahl von Abzweigungen um den Zylinderkopf herum definiert und eine Vielzahl von Düsen aufweist, die sich in Hohlräume von Einlassöffnungen des Zylinderkopfes erstreckt, wobei jede der Abzweigungen eine Außenfläche einer der Einlassöffnungen derart umgibt, dass es keine Dichtung zwischen der Rückführung und dem Zylinderkopf gibt.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei die Abzweigungen die Außenfläche von einer der Einlassöffnungen nur teilweise umgeben.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abzweigungen symmetrisch sind.
Antriebsstrangsystem nach einem der Ansprüche 1-3, wobei jede der Vielzahl von Düsen eine Umleiteinrichtung beinhaltet, die einen Abgasstrom beim Eintritt in die Einlassöffnungen teilt.
Abgasrückführung, umfassend: ein gekrümmtes, geschichtetes rohrförmiges Element, das mindestens zwei Düsen definiert, die sich auf einer Seite des rohrförmigen Elements befinden, wobei jede der mindestens zwei Düsen einen länglichen Körper und eine Spitze mit mindestens einer Öffnung aufweist, die sich in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes erstreckt, so dass es keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf gibt.
Abgasrückführung nach Anspruch 5, wobei sich der längliche Körper zum Hohlraum der Einlassöffnung hin verengt.
Abgasrückführung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die mindestens eine Düse eine Umleiteinrichtung beinhaltet.
Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 5-7, wobei mindestens zwei Arten von Umleiteinrichtungen in dem rohrförmigen Element vorhanden sind.
Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 5-8, wobei das rohrförmige Element eine Vielzahl von Düsen beinhaltet, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Motorbauteil, umfassend: einen geschichteten Kanal, der eine Abgasrückführung bildet, die konfiguriert ist, um NOx des Motors zu reduzieren, und zwei gekrümmte Enden aufweist, wobei das rohrförmige Element mindestens zwei Düsen aufnimmt, die NOx in einen Hohlraum einer Einlassöffnung eines integrierten Zylinderkopfes freisetzen können, so dass über Spitzen mit einer Vielzahl von Öffnungen keine Dichtung zwischen dem rohrförmigen Element und dem Zylinderkopf vorhanden ist.
Motorbauteil nach Anspruch 10, wobei jede Einlassöffnung das geschichtete rohrförmige Element beinhaltet.
Motorbauteil nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Spitze eine Umleiteinrichtung beinhaltet.
Motorbauteil nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das geschichtete rohrförmige Element mit mindestens einem zusätzlichen rohrförmigen Element verbunden ist, das die Abgasrückführung bildet.
Motorbauteil nach einem der Ansprüche 10-13, wobei die Verbindung über ein in den integrierten Zylinderkopf integriertes Rohr erfolgt.
Motorbauteil nach Anspruch 1, 5 oder 10, wobei die Umleiteinrichtung auf mindestens einer Seite verjüngt ist.