DE112019005383T5

DE112019005383T5 - Thermisch verbesserter Auslasskanal-Liner

Info

Publication number: DE112019005383T5
Application number: DE112019005383.3T
Authority: DE
Inventors: Joachim Kloss; Andreas Steinbronn
Original assignee: Cartridge Ltd
Current assignee: Cartridge Ltd
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-07-15
Also published as: JP7071594B2; JP2021535321A; CA3117257A1; EP3873691B1; CA3117257C; US20200132014A1; KR20210071078A; KR102336472B1; US10989137B2; EP3873691A1; WO2020092419A1; CN112955268B; CN112955268A; SI3873691T1

Abstract

Ein Auslasskanal-Liner, der eine Superlegierung enthalten kann und durch einen additiven Herstellungsprozess hergestellt werden kann, weist eine monolithische Struktur auf, die einen in einem Winkel bezüglich eines Einlasses angeordneten Auslass und eine Seitenwand aufweist, die einen Hohlraum definiert, um eine verbesserte Wärmeleistung in Hubkolbenverbrennungsmotoren bereitzustellen. Ein Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors kann einen Zylinderkopfrahmen aufweisen, und der Auslasskanal-Liner kann nahe der inneren Befestigungsfläche des Rahmens angeordnet sein, wobei eine Außenfläche des Auslasskanal-Liners einer inneren Befestigungsfläche des Zylinderkopfrahmens entspricht.

Description

Verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der am 29. Oktober 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/751,914 , die durch Bezugnahme hier vollumfänglich aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung betreffen Verbrennungsmotortechnologie und insbesondere ein verbessertes Wärmemanagement bei Hubkolbenverbrennungsmotoren.
Hintergrund
Der Zylinderkopf moderner Hubkolbenmotoren unterliegt Belastungsextremen sowohl hinsichtlich hoher Kräfte (die auf Gasdrücken beruhen) als auch hoher thermischer Lasten. Aluminiumlegierungen sind aufgrund ihrer Kombination von Stärke und geringem Gewicht plus Gießfähigkeit das bevorzugte Material für viele solcher Motoren.
Ein Hauptproblem bei Zylinderköpfen aus einer Aluminiumlegierung ist die Steuerung der Materialtemperatur. Die meisten geeigneten Legierungen haben einen stark abnehmenden Widerstand gegenüber plastischer Verformung über Temperaturen von ungefähr 260°C. Die Abgase solcher Motoren können 900°C oder mehr erreichen. Diese Abgase strömen im Allgemeinen aus dem Auslassventil bzw. den Auslassventilen durch Durchgänge im Zylinderkopf (allgemein als die Auslasskanäle bezeichnet) zu dem Abgaskrümmer oder den Krümmerrohren. Somit ist die Konstruktion des Zylinderkopfs mit einem großen Aufwand verbunden, so dass das die Kanäle bildende Material adäquat gekühlt wird. Das Problem ist bei luftgekühlten Zylinderkopfdesigns besonders groß.
Angesichts dieser Probleme ist es üblich, eine gewisse Form von Wärmeisolierung oder -abschirmung zwischen den Abgasen und der Aluminiumlegierung, die den Auslasskanal bildet, bereitzustellen. So genannte Portliner sind im Allgemeinen aus einem keramischen Material gebildet, das eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat und somit einen großen Teil des Wärmeflusses von dem Abgas zu der Aluminiumlegierung verhindert. Solche Liner werden im Allgemeinen vor dem Gießen des Zylinderkopfs in der Form platziert. Keramische Liner sind jedoch mit zwei Hauptproblemen behaftet:

- sie sind im Allgemeinen sehr spröde und neigen somit dazu, vor dem Gießen zu brechen; und
- sie haben sehr geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten, während Aluminiumlegierungen im Allgemeinen sehr hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, was dazu führt, dass an der Schnittstelle zwischen dem keramischen Portliner und dem Grundmaterial des Zylinderkopfs hohe Spannungen erzeugt werden, wenn der Motor heiß wird.

Kurzdarstellung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umgehen die beiden obigen Probleme durch Bereitstellen eines aus einer hochfesten Superlegierung (typischerweise auf Nickel- oder Cobaltbasis, z. B. Inconel®) hergestellten Portliners.
Bei einem Aspekt betreffen Ausführungsformen der Erfindung einen Auslasskanal-Liner für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors. Der Auslasskanal-Liner weist eine monolithische Struktur auf, die einen Einlass, einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass und eine Seitenwand aufweist, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand, die einen Hohlraum zwischen sich definieren, beinhaltet.
Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können in einer beliebigen Kombination enthalten sein. Das Metall kann eine Superlegierung beinhalten. Die Superlegierung kann eine Superlegierung auf Nickelbasis und/oder eine Superlegierung auf Cobaltbasis beinhalten.
Der Hohlraum kann Luft und/oder ein inertes Gas enthalten. Der Hohlraum kann abgedichtet sein. Der abgedichtete Hohlraum kann ferner ein Teilvakuum enthalten.
Das Metall kann ein laser-gesintertes Material beinhalten.
Die Seitenwand kann mindestens einen sich durch sie hindurch erstreckenden Durchlass definieren. Der Durchlass kann auf einen Auslassventilsitz nahe dem Einlass ausgerichtet sein, wenn der Auslasskanal-Liner in dem Zylinderkopf installiert ist. Der Durchlass kann zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet sein.
Die monolithische Struktur kann mindestens eine eine Grenze des Hohlraums bildende gefüllte Öffnung aufweisen. Die gefüllte Öffnung kann mit dem Metall gefüllt sein.
Der Winkel kann in einem Bereich von 30° bis 135° liegen.
In dem Hohlraum kann eine Säule angeordnet sein, die sich von der Innenwand zu der Außenwand erstreckt. In dem Hohlraum können sich mehrere Säulen befinden.
Der Portliner kann einen zweiten Einlass neben dem Einlass aufweisen, wobei der Einlass und der zweite Einlass mit dem Auslass in fluidischer Verbindung stehen. Die Seitenwand kann einen sich durch sie hindurch erstreckenden ersten Durchlass definieren, der zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist. Die Seitenwand kann einen sich durch sie hindurch erstreckenden zweiten Durchlass definieren, der zur Aufnahme einer zweiten Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist. Der erste Durchlass und der zweite Durchlass können auf jeweilige Auslassventilsitze nahe dem Einlass und dem zweiten Einlass ausgerichtet sein, wenn der Auslasskanal-Liner in dem Zylinderkopf installiert ist.
Bei einem anderen Aspekt betreffen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Auslasskanal-Liners. Das Verfahren beinhaltet Empfangen von Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners durch ein additives Herstellungssystem. Der Auslasskanal-Liner weist eine monolithische Struktur mit einem Einlass, einem in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass und eine Seitenwand auf, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert. Die Seitenwand beinhaltet eine Innenwand und eine Außenwand, die einen Hohlraum zwischen sich definieren. Das additive Herstellungssystem führt die Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners aus.
Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können in einer beliebigen Kombination enthalten sein. Das additive Herstellungssystem kann zumindest teilweise Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und/oder direkte Energiedeposition einsetzen.
Das Metall kann eine Superlegierung beinhalten. Die Superlegierung kann eine Superlegierung auf Nickelbasis und/oder eine Superlegierung auf Cobaltbasis beinhalten.
Der Hohlraum kann zum Beispiel durch Füllen einer eine Grenze des Hohlraums bildenden Öffnung abgedichtet werden. Die Öffnung kann mit dem Metall gefüllt werden. Das Abdichten des Hohlraums kann Schweißen mit einem Elektronenstrahl beinhalten.
Bei noch einem weiteren Aspekt betreffen Ausführungsformen der Erfindung einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, der einen eine innere Befestigungsfläche definierenden Zylinderkopfrahmen und einen nahe der inneren Befestigungsfläche des Rahmens angeordneten Auslasskanal-Liner aufweist. Der Auslasskanal-Liner weist eine monolithische Struktur auf, die einen Einlass, einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass und eine Seitenwand aufweist, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert. Die Seitenwand beinhaltet eine Innenwand und eine Außenwand, die zwischen sich einen abgedichteten Hohlraum definieren. Eine Außenfläche des Auslasskanal-Liners entspricht der Innenfläche des Auslasskanals.
Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können in einer beliebigen Kombination enthalten sein. Das Metall kann eine Superlegierung beinhalten. Die Superlegierung kann eine Superlegierung auf Nickelbasis und/oder eine Superlegierung auf Cobaltbasis beinhalten.
Der abgedichtete Hohlraum kann mindestens eines von Luft und/oder einem inerten Gas enthalten. Der abgedichtete Hohlraum kann ein Teilvakuum enthalten.
Das Metall kann ein laser-gesintertes Material beinhalten.
Die Seitenwand kann mindestens einen sich durch sie hindurch erstreckenden Durchlass definieren. Der Durchlass kann auf einen Auslassventilsitz des Zylinderkopfs ausgerichtet sein. Der Seitenwanddurchlass kann zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet sein.
Der Zylinderkopfrahmen kann eine einzige Befestigungsfläche mit einem in der Nähe davon angeordneten einzigen Auslasskanal-Liner definieren, und die Seitenwand kann mehrere Durchlässe definieren, die zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet sind.
Mindestens eine gefüllte Öffnung kann eine Grenze des Hohlraums bilden. Die gefüllte Öffnung kann mit dem Metall gefüllt sein.
Der Winkel kann in einem Bereich von 30° bis 135° liegen.
In dem abgedichteten Hohlraum kann eine Säule angeordnet sein, die sich von der Innenwand zu der Außenwand erstreckt. In dem Hohlraum können sich mehrere Säulen befinden.
Der Zylinderkopfrahmen kann ein zweites Metall enthalten. Das zweite Metall kann eine Aluminiumlegierung enthalten oder vollständig daraus bestehen.
Der Auslasskanal-Liner kann durch additive Herstellung gefertigt werden, und der Zylinderkopfrahmen kann durch Gießen eines zweiten Metalls um den Auslasskanal-Liner gefertigt werden. Alternativ können sowohl der Auslasskanal-Liner als auch der Zylinderkopfrahmen durch additive Herstellung gebildet werden.
Der Zylinderkopfrahmen kann mehrere innere Befestigungsflächen definieren.
Es können mehrere Auslasskanal-Liner enthalten sein, wobei einer der mehreren Auslasskanal-Liner nahe jeder der inneren Befestigungsflächen angeordnet ist.
Der Zylinderkopfrahmen kann acht innere Befestigungsflächen definieren, und der Zylinderkopf kann acht Auslasskanal-Liner aufweisen.
Der Zylinderkopfrahmen kann äußere Kühlrippen aufweisen, die zur Luftkühlung des Zylinderkopfs ausgeführt sind.
Bei dem Zylinderkopf können innere Wasserkühlmitteldurchgänge fehlen.
Bei noch einem weiteren Aspekt betreffen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Fertigung eines Zylinderkopfs eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren beinhaltet Fertigen eines Auslasskanal-Liners durch Empfangen von Steuerungsanweisungen zur Fertigung des eine monolithische Struktur aufweisenden Auslasskanal-Liners durch ein additives Herstellungssystem. Die monolithische Struktur weist einen Einlass, einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass und eine Seitenwand auf, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand beinhaltet, die einen Hohlraum zwischen sich definieren. Das additive Herstellungssystem führt die Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners aus. Um den Auslasskanal-Liner herum wird ein Zylinderkopfrahmen gefertigt, um den Zylinderkopf zu fertigen.
Eines oder mehrere der folgenden Merkmale können in einer beliebigen Kombination enthalten sein. Das additive Herstellungssystem kann zumindest teilweise Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und/oder direkte Energiedeposition einsetzen.
Das Metall kann eine Superlegierung beinhalten. Die Superlegierung kann eine Superlegierung auf Nickelbasis und/oder eine Superlegierung auf Cobaltbasis beinhalten.
Das Fertigen des Zylinderkopfrahmens kann Gießen von Metallschmelze beinhalten. Die Metallschmelze kann eine Aluminiumlegierung enthalten oder vollständig daraus bestehen.
Das Fertigen des Zylinderkopfrahmens kann ein zweites additives Herstellungssystem beinhalten, das Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Zylinderkopfrahmens empfängt und ausführt. Das zweite additive Herstellungssystem kann zumindest teilweise Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und/oder direkte Energiedeposition einsetzen. Das additive Herstellungssystem und das zweite additive Herstellungssystem können ein einziges additives Herstellungssystem sein.
Der Hohlraum kann vor der Fertigung des Zylinderkopfrahmens abgedichtet werden. Das Abdichten des Hohlraums kann Füllen einer die Grenze des Hohlraums bildenden Öffnung beinhalten. Die Öffnung kann mit dem Metall gefüllt werden.
Das Abdichten des Hohlraums kann Schweißen mit einem Elektronenstrahl beinhalten.
Figurenliste
Die vorhergehenden Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden durch Lektüre der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher; in den Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Außenseitenansicht eines Auslasskanal-Liners gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht des Auslassendes des Auslasskanal-Liners von 1, die einen inneren Teil des Auslasskanal-Liners darstellt;
3 und 4 schematische Ansichten, die den Einlass bzw. Auslass des Auslasskanal-Liners von 1 darstellen;
5 eine schematische Seitenansicht, die einen Winkel zwischen dem Einlass und Auslass des Auslasskanal-Liners von 1 darstellt;
6 eine Querschnittsansicht des Auslasskanal-Liners von 1;
7 eine schematische Ansicht, die eine teilweise vergrößerte Ansicht von gefüllten Öffnungen, die in dem Auslasskanal-Liner von 1 gebildet sind, beinhaltet;
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Auslasskanal-Liners von 1, die in dem Seitenwandhohlraum angeordnete Säulen darstellt;
9a-9c schematische Querschnittsansichten, von oben bzw. von unten, eines Auslasskanal-Liners, der zur Verwendung mit zwei Auslassventilen ausgeführt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 und 11 perspektivische Teilschnittansichten von Auslasskanal-Linern, die in einem Zylinderkopfrahmen angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
12 ein Foto eines Thermoelements, das an einem luftgekühlten Hochleistungsbenzinmotor, der einen Zylinderkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist, angebracht ist; und
13 eine Querschnittsansicht eines Thermoelements, das neben einem Auslasskanal-Liner angeordnet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung
Wie hier verwendet, bezeichnet „Zylinderkopfrahmen“ eine Zylinderkopfkomponente, die herkömmlicherweise Zylinderkopfgussteil genannt wird; in dieser Offenbarung kann diese Komponente durch Gießen oder durch additive Herstellung gebildet werden.
Ein wichtiges Merkmal des beschriebenen Portliners ist ein integraler innerer Seitenwandhohlraum, der abgedichtet sein kann und entweder ein Gas mit geringer Leitfähigkeit (zum Beispiel Luft) enthalten oder sich unter einem Teilvakuum befinden kann. Dieser Hohlraum stellt die Wärmeisolierung zwischen den Abgasen und dem Grundmaterial des Zylinderkopfs bereit.
Der hier beschriebene Superlegierungs-Liner kann glatter als keramische Liner entlang Flächen des Abgasströmungswegs sein, wodurch ein besserer Abgasstrom bereitgestellt wird. Die Superlegierungs-Liner können durch 3D-Druck, beispielsweise unter Verwendung eines selektiven Lasersinterprozesses (SLS-Prozesses, SLS - selective laser sintering), hergestellt werden. Die Liner können an beiden Enden mit Löchern gedruckt werden, so dass überschüssiges loses Legierungspulver aus dem Seitenwandhohlraum entfernt werden kann. Wenn das Pulver aus dem Hohlraum entfernt ist, können die Löcher beispielsweise unter Verwendung einer Elektronenstrahlschweißtechnik (EB-Schweißtechnik, EB - electron beam) unter Teilvakuum abgedichtet werden.
Die Fertigung des Zylinderkopfrahmens um die Superlegierungs-Liner (beispielsweise) durch Eingießen oder additive Herstellung ermöglicht, dass die Außenflächen der Superlegierungs-Liner mit dem Zylinderkopfaluminium in direktem Kontakt sind. Ein weiterer Vorteil der 3D-gedruckten Liner gegenüber keramischen Linern besteht darin, dass Strukturmerkmale verschiedener Konfigurationen leicht in die äußere Superlegierungswand integriert werden können, um zum Beispiel eine genaue Position und ein Festhalten der Liner in dem Zylinderkopf während der Fertigung des Zylinderkopfrahmens zu verbessern.
Auf die 1 und 2 Bezug nehmend, beinhaltet gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Auslasskanal-Liner 100 für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eine monolithische Struktur, die allgemein röhrenförmig mit einem zylindrischen Querschnitt sein kann. Der Liner weist einen Einlass 110 und einen Auslass 120 auf, wobei der Auslass in einem Winkel α bezüglich des Einlasses angeordnet ist. Der Winkel α kann gemäß verschiedenen Anforderungen im Hinblick auf einen guten Gasstrom und allgemeines Motor-Packaging ausgewählt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Winkel zum Beispiel aus einem Bereich von 30° bis 135°, z. B. 45° bis 90°, z. B. 75°, ausgewählt sein. Der Einlass 110 und der Auslass 120 sind auch in den 3 bzw. 4 dargestellt, und der Winkel α zwischen dem Einlass und dem Auslass ist in 5 dargestellt.
Erneut auf die 1 und 2 Bezug nehmend, weist die monolithische Struktur auch eine zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnete Seitenwand 130 auf, die einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seitenwand aus einem Metall wie beispielsweise einer Superlegierung gebildet oder besteht im Wesentlichen daraus. Geeignete Superlegierungen beinhalten Superlegierungen auf Nickelbasis (z. B. Inconel®) und Superlegierungen auf Cobaltbasis. Superlegierungen weisen im Vergleich zu Keramiken, die zur Herstellung von Auslasskanal-Linern verwendet werden, mehrere Vorteile auf. Zum Beispiel sind Superlegierungen zähere, langlebigere Materialien als Keramiken und vermeiden somit die Sprödigkeit von Keramiken, die zu Versagen im Betrieb neigen. Superlegierungen weisen einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der bei Gießprozessen besser an die Aluminiummaterialien, die für den Motorhauptzylinderkopfrahmen verwendet werden, angepasst ist als standardmäßige keramische Portliner. Dementsprechend kommt es zu weniger wärmeinduzierter Spannung an der Aluminium/Superlegierung-Schnittstelle als es bei einer Aluminium/Keramik-Schnittstelle der Fall ist. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dichte der Superlegierung 3 g/cm³ bis 13 g/cm³, z. B. 8,2 g/cm³, betragen. Die Oberflächenbeschaffenheit kann einen Mittenrauwert Ra von 1 µm bis 7 µm, z. B. 4 µm, aufweisen.
Des Weiteren unterliegen Superlegierungen keiner Beeinträchtigung und keinem chemischen Angriff durch die Abgase. Zum Beispiel werden Superlegierungen für bestimmte Hochleistungsabgassystemkomponenten verwendet, wie zum Beispiel einige Abgaskrümmer von Formel-Eins-(F1-)Wagen.
Superlegierungen sind aufgrund der Schwierigkeit der Herstellung eines geeigneten Teils, das einen inneren Hohlraum aufweist, in solche Materialien zuvor nicht für Portliner verwendet worden. Solche komplexen Strukturmerkmale können jedoch unter Verwendung von additiver Herstellungstechnologie aus Superlegierungen gefertigt werden. Zum Beispiel kann das Metall ein lasergesintertes Material sein.
Auch auf 6 Bezug nehmend, beinhaltet die Seitenwand 130 eine Innenwand 600 und eine Außenwand 610, wobei zwischen der Innen- und Außenwand ein Hohlraum definiert ist. Der Hohlraum kann ein Gas mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie zum Beispiel Luft und/oder ein inertes Gas, z. B. Argon, enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann der Hohlraum abgedichtet sein. Darüber hinaus kann der abgedichtete Hohlraum ein Teilvakuum, d. h. weniger als 14,7 psi (zum Beispiel 2-14,6 psi), z. B. 5 psi, bilden. Der Hohlraum stellt eine Wärmeisolierung zwischen den heißen Abgasen und dem Grundzylinderkopfmaterial, in dem der Auslasskanal-Liner angeordnet ist, bereit. Die Bildung solch einer monolithischen Struktur, die einen Hohlraum beinhaltet, wird auch durch additive Herstellungsprozesse ermöglicht.
Eine Dicke t₆₀₀, t₆₁₀ jeder von der Innenwand 600 und der Außenwand 610 ist so ausgewählt, dass eine adäquate Festigkeit erreicht wird, um unzulässige Durchbiegungen bei Vorhandensein von hohen Abgasdrucklasten zu widerstehen. Dementsprechend wird für ein Superlegierungsmaterial eine bevorzugte Dicke der Innen- und Außenwand jeweils aus einem Bereich von 0,5 mm bis 4 mm, z. B. 0,5 mm bis 2,5 mm, ausgewählt. Ein bevorzugter Abstand zwischen den Innenflächen der Innen- und Außenwand, d. h. eine Höhe h₆₂₀ des Hohlraums 620, beträgt z. B. 1 mm bis 10 mm, wie zum Beispiel 1 mm bis 5 mm. Bei einer Ausführungsform kann eine Hohlraumhöhe zum Beispiel 1,5 mm betragen, und eine Dicke sowohl der Innen- als auch Außenwand kann 1 mm betragen. Die Hohlraumhöhe wird so ausgewählt, dass ein akzeptabler Kompromiss zwischen den widersprüchlichen Anforderungen von Packaging, Isolierung und Herstellung erzielt wird.
Die Seitenwand kann mindestens einen sich durch sie hindurch erstreckenden Durchlass 630 aufweisen. Der Durchlass kann dazu bemessen und ausgerichtet sein, eine Ventilführung aufzunehmen, und ist auf einen Auslassventilsitz ausgerichtet. Zum Beispiel kann der Durchlass einen Durchmesser D₆₃₀ aufweisen, der aus einem Bereich von 7 bis 15 mm ausgewählt ist, z. B. 8 mm.
Auf 7 Bezug nehmend, kann die monolithische Struktur auch mindestens eine gefüllte Öffnung 700 aufweisen, die eine Grenze des Hohlraums 620 bildet und z. B. mit dem gleichen Metall, wie es zum Bilden der Innen- und Außenwand verwendet wird, gefüllt ist. Diese Öffnung kann während der additiven Herstellung der monolithischen Struktur gebildet werden und kann dazu verwendet werden, unverarbeitetes Baumaterial aus dem Hohlraum zu entfernen, z. B. nicht gebundenes Pulver, das während der additiven Herstellung der monolithischen Struktur verwendet wird. Die Öffnung kann in der Innen- oder Außenwand oder einem Endteil der monolithischen Struktur angeordnet sein, so dass die Öffnung an einer Grenze des Hohlraums angeordnet ist. Die Öffnung kann nach Entfernen des nicht verarbeiteten Baumaterials, z. B. durch Elektronenstrahlschweißen im Falle eines unter einem Teilvakuum gehaltenen Liner-Hohlraums, gefüllt werden. Es können mehrere Öffnungen mit verschiedenen Formen und Größen vorgesehen sein und später gefüllt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 700 offengelassen werden. Während eines anschließenden Gießens oder additiven Herstellungsprozesses wird die ungefüllte Öffnung bündig mit einer Formwerkzeugwand angeordnet, so dass das Gießmaterial oder Material der additiven Herstellung nicht in den Hohlraum eintritt. Diese Vorgehensweise gestattet dem Hohlraum, im Endprodukt offen zu sein. Luft ist ein recht guter Isolator, so dass das Offenlassen des Hohlraums gegenüber externer Luft immer noch Isolationsvorteile hat und auch kostengünstiger zu bewerkstelligen ist, da die Öffnung nicht gefüllt werden muss. Eine Öffnung hilft auch dabei, jegliche Spannungen zu verringern, die aufgrund von Vakuum in dem Hohlraum auftreten können.
Auf 8 Bezug nehmend, können eine oder mehrere Säulen 800 oder Überbrückungsstrukturen in dem Hohlraum angeordnet sein, die sich von der Innenwand zu der Außenwand erstrecken. Die Säulen sind dazu bemessen und angeordnet, die monolithische Struktur zu stabilisieren, d. h. einen gleichmäßigen Abstand zwischen der Innen- und Außenwand während des Motorbetriebs und sich ergebender Abgasdruckbelastung aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann jede der Säulen einen Durchmesser D₈₀₀, ausgewählt aus einem Bereich von 0,5 mm bis 4 mm, z. B. 0,5 mm bis 2,5 mm, und eine Höhe h₈₀₀ von 1 mm bis 5 mm (d. h. die gleiche Höhe wie die Höhe h₆₂₀ des Hohlraums 620) aufweisen.
Auf die 9a-9c Bezug nehmend, kann bei einigen Ausführungsformen ein einziger Auslasskanal-Liner 900 mehr als ein Auslassventil abdecken, d. h. ein einziger Liner kann beide Auslassventile eines einzigen Zylinders abdecken. Dementsprechend kann der Auslasskanal-Liner einen ersten und einen zweiten Einlass 910, 920 aufweisen, so dass die anfänglichen Strömungswege von den Einlässen entweder symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sind. Die Seitenwand kann einen ersten Durchlass 930 definieren, der sich durch sie hindurch erstreckt und auf den ersten Auslassventilsitz ausgerichtet ist, wobei der erste Durchlass dazu bemessen und ausgerichtet ist, eine Ventilführung aufzunehmen, und die Seitenwand kann auch einen zweiten Durchlass 940 definieren, der sich durch sie hindurch erstreckt und auf den zweiten Auslassventilsitz ausgerichtet ist, wobei der zweite Durchlass dazu bemessen und ausgerichtet ist, eine zweite Ventilführung aufzunehmen.
Beliebige der vorstehend besprochenen Auslasskanal-Liner können durch additive Herstellung durch ein Verfahren, das zur Fertigung von Metallartikeln geeignet ist, gefertigt werden, z. B. durch Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und/oder direkte Energiedeposition. Ein geeignetes additives Herstellungssystem ist ein selektives Lasersintersystem (SLS-System). Zur Herstellung von Inconel®-Auslasskanal-Linern muss das additive Herstellungssystem in der Lage sein, Artikel aus einer Superlegierung, wie zum Beispiel einer Superlegierung auf Nickelbasis oder einer Superlegierung auf Cobaltbasis, zu fertigen.
Das additive Herstellungssystem kann Steuerungsanweisungen zur Fertigung eines Auslasskanal-Liners gemäß einer Ausführungsform der Erfindung empfangen, d. h., der einen Artikel aufweist, der eine monolithische Struktur mit einem Einlass, einem in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass und einer Seitenwand, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall (z. B. eine Superlegierung) aufweist und einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, aufweist, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand, die zwischen sich einen abgedichteten Hohlraum definieren, aufweist. Das additive Herstellungssystem kann die Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners ausführen.
Der Auslasskanal-Liner, wie durch den additiven Herstellungsprozess gebildet, kann anfangs einen nicht abgedichteten Hohlraum aufweisen, d. h. in der Innenwand, den Endwänden und/oder der Außenwand kann ein Durchlass definiert sein, um das Entfernen von überschüssigem Material aus dem Hohlraum zu ermöglichen. Wenn der Auslasskanal-Liner zum Beispiel durch Pulverbettfusion gefertigt ist, kann nicht gebundenes Pulver durch einen oder mehrere Durchlässe aus dem Hohlraum entfernt werden, indem Druckluft durch den Portliner gedrückt wird, um das nicht gebundene Pulver herauszublasen, das nicht gebundene Pulver herausgesaugt wird und/oder das nicht gebundene Pulver herausgerüttelt oder -geschüttelt wird. Anschließend kann der Hohlraum mit Luft oder einem inerten Gas, wie zum Beispiel Argon, gefüllt werden, um im Gebrauch thermisch gegen umgebendes Abgas, das durch den Liner strömt, zu isolieren und so Wärmeverlust von dem heißen Abgas zu verhindern.
Nach der Fertigung des Auslasskanal-Liners kann der Hohlraum abgedichtet werden. Zum Beispiel kann nach dem Entfernen von überschüssigem Material aus dem Hohlraum durch einen oder mehrere Durchlässe und Füllen des Hohlraums mit dem gewünschten Gas oder seinem Einstellen auf ein Teilvakuum der Hohlraum durch Füllen des Durchlasses abgedichtet werden. Zum Beispiel kann der Durchlass mit dem gleichen Metall wie das zum Bilden der Innen- und Außenwände verwendete Metall durch beispielsweise Elektronenstrahlschweißen gefüllt werden. Der gefüllte Durchlass bildet somit Teil der Grenze des Hohlraums.
Bei einigen Ausführungsformen kann in dem Hohlraum vor seinem Abdichten, z. B. während des Elektronenstrahlschweißens, zumindest ein Teilvakuum gebildet werden.
Auf die 10-11 Bezug nehmend, weist bei einer Ausführungsform der Erfindung ein Zylinderkopf 1000 eines Verbrennungsmotors einen Zylinderkopfrahmen 1010 auf, der eine innere Befestigungsfläche 1020 definiert. Ein Auslasskanal-Liner 100, wie oben beschrieben, ist nahe der inneren Befestigungsfläche des Rahmens angeordnet, wobei eine Außenfläche des Auslasskanal-Liners der inneren Befestigungsfläche entspricht.
Der Zylinderkopfrahmen kann mehrere Auslasskanäle definieren, jeweils mit einem einzigen darin angeordneten Auslasskanal-Liner, wobei die Seitenwand Durchlässe definiert, die dazu bemessen und ausgerichtet sind, eine Ventilführung aufzunehmen. Jede Öffnung kann auf einen Auslassventilsitz 1030 des Zylinderkopfs ausgerichtet sein.
Der Zylinderkopfrahmen kann aus einem zweiten Metall, wie zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, hergestellt sein.
Die Auslasskanal-Liner können durch additive Herstellung gebildet werden, und der Zylinderkopfrahmen kann durch Gießen eines zweiten Metalls um die Auslasskanal-Liner gebildet werden. Alternativ kann der Zylinderkopfrahmen durch ein zweites additives Herstellungssystem gefertigt werden, das Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Zylinderkopfrahmens empfängt und ausführt. Das zweite additive Herstellungssystem kann zumindest teilweise Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und/oder direkte Energiedeposition einsetzen. Bei einigen Ausführungsformen können das additive Herstellungssystem, das zum Bilden von Auslasskanal-Linern verwendet wird, und das zweite additive Herstellungssystem, das zum Bilden des Zylinderkopfrahmens verwendet werden kann, ein einziges additives Herstellungssystem sein.
Bei einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann der Zylinderkopfrahmen mehrere innere Befestigungsflächen definieren, und ein getrennter Auslasskanal-Liner kann nahe der inneren Befestigungsfläche für jeden Auslasskanalauslass angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Zylinderkopfrahmen acht innere Befestigungsflächen definieren, und der Zylinderkopf kann acht Auslasskanal-Liner aufweisen.
Der Zylinderkopfrahmen kann äußere Kühlrippen 1040 enthalten, die zur Luftkühlung des Zylinderkopfs ausgeführt sind. Bei dem Zylinderkopf können innere Wasserkühlmitteldurchgänge fehlen.
Ein Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors kann wie folgt gefertigt werden. Mehrere Auslasskanal-Liner können durch Verwendung eines additiven Herstellungssystems, wie vorstehend besprochen, aus einem Metall, wie zum Beispiel einer Superlegierung, gefertigt werden. Dann kann ein Zylinderkopfrahmen um die Auslasskanal-Liner gefertigt werden, um den Zylinderkopf zu fertigen. Der Zylinderkopfrahmen kann durch Gießen von Metallschmelze um die Auslasskanal-Liner gegossen werden. Die Metallschmelze kann zum Beispiel eine Aluminiumlegierung sein. Alternativ kann der Zylinderkopfrahmen durch ein zweites additives Herstellungssystem, wie oben besprochen, gebildet werden.

Die nachfolgende Parametertabelle stellt beispielhafte Parameterwerte bereit, die für Ausführungsformen der Erfindung relevant sind, wobei die niedrigen Parameter mögliche Werte anzeigen, die niedriger als typisch sind, und die hohen Parameter mögliche Werte anzeigen, die höher als typisch sind. Diese sollen nicht als Mindest- oder Höchstwerte ausgelegt werden; Werte, die niedriger als die niedrigen Werte und höher als die hohen Werte sind, fallen in den Schutzumfang der Erfindung. Parametertabelle - Auslasskanal-Liner

Parameter	Niedrig	Typisch	Hoch
Liner-Innenwanddicke	0,5 mm	1 mm	4 mm
Liner-Außenwanddicke	0,5 mm	1 mm	4 mm
Abstand zwischen Innenflächen der Innen- und Außenwände	1 mm	1,5 mm	10 mm
Teilvakuum in abgedichtetem Hohlraum	2 psi	5 psi	14.7 psi
Durchlassdurchmesser in Seitenwand zur Aufnahme eines Ventils	5 mm	8 mm	15 mm
Säulendurchmesser	0,5 mm	1,5 mm	4 mm
Säulenhöhe	1 mm	1,5 mm	10 mm
Winkel des Auslasses bezüglich des Einlasses	30°	80°	135°
Dichte	3 g/cm³	8.2 g/cm³	13 g/cm³
Oberflächenbeschaffenheit	Ra 1 µm	Ra 4 µm	Ra 7 µm

Beispiel
Auf 12 Bezug nehmend, ist ein Zylinderkopf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abgebildet, der in einem luftgekühlten Hochleistungsbenzinmotor eingebaut ist. Der Liner wurde durch additive Herstellung hergestellt, und der Zylinderkopfrahmen wurde gegossen. Die Parameter des Liners entsprechen den oben gezeigten typischen Werten. Wie auch in 13 dargestellt ist, ist ein Messthermoelement neben dem Auslasskanal-Liner, der aus Inconel® hergestellt ist, angeordnet. In einem Testlauf betrug die Abgastemperatur unter Nennbedingungen ungefähr 850°C. Der Auslasskanal-Liner stellte eine Isolierung bereit, so dass die gemessene Spitzentemperatur bei mehreren Kanälen wie in 13 nur 184°C betrug. Dieses Ergebnis zeigt die Wirksamkeit des Portliners bei der Bereitstellung von Wärmeisolierung. Des Weiteren wurden bei der Herstellung oder Langlebigkeit des Auslasskanal-Liners oder seiner Aufnahme in das Hauptzylinderkopfgussteil keine Probleme angetroffen.
Obgleich die vorliegende Erfindung hier ausführlich bezüglich einer oder mehrerer bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte auf der Hand liegen, dass diese Offenbarung nur rein veranschaulichend und beispielhaft für die vorliegende Erfindung ist und lediglich zwecks Bereitstellung einer vollständigen und ausführbaren Offenbarung der Erfindung erfolgt ist. Die vorhergehende Offenbarung soll nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend oder beliebige andere Ausführungsformen, Ausgestaltungen, Variationen, Modifizierungen oder äquivalente Anordnungen ausschließend ausgelegt werden, da die vorliegende Erfindung nur durch die hier angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente eingeschränkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62751914 [0001]

Claims

Auslasskanal-Liner für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei der Auslasskanal-Liner Folgendes umfasst: eine monolithische Struktur, umfassend: einen Einlass; einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass; und eine Seitenwand, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand, die einen Hohlraum zwischen sich definieren, umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei das Metall eine Superlegierung umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 2, wobei die Superlegierung aus einer aus Superlegierungen auf Nickelbasis und Superlegierungen auf Cobaltbasis bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum mindestens eines von Luft und einem inerten Gas umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum abgedichtet ist.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 5, wobei der abgedichtete Hohlraum ferner ein Teilvakuum umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei das Metall ein laser-gesintertes Material umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei die Seitenwand mindestens einen sich durch sie hindurch erstreckenden Durchlass definiert.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 8, wobei der Durchlass auf einen Auslassventilsitz nahe dem Einlass ausgerichtet ist, wenn der Auslasskanal-Liner in dem Zylinderkopf installiert ist.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 8, wobei der Durchlass zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei die monolithische Struktur mindestens eine eine Grenze des Hohlraums bildende gefüllte Öffnung umfasst.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 11, wobei die gefüllte Öffnung mit dem Metall gefüllt ist.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, wobei der Winkel in einem Bereich von 30° bis 135° liegt.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, ferner umfassend eine in dem Hohlraum angeordnete Säule, die sich von der Innenwand zu der Außenwand erstreckt.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 14, ferner umfassend mehrere Säulen in dem Hohlraum.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen zweiten Einlass neben dem Einlass, wobei der Einlass und der zweite Einlass mit dem Auslass in fluidischer Verbindung stehen.
Auslasskanal-Liner nach Anspruch 16, wobei (i) die Seitenwand einen sich durch sie hindurch erstreckenden ersten Durchlass definiert, der zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist, und (ii) die Seitenwand einen sich durch sie hindurch erstreckenden zweiten Durchlass definiert, der zur Aufnahme einer zweiten Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist, und (iii) der erste Durchlass und der zweite Durchlass auf jeweilige Auslassventilsitze nahe dem Einlass und dem zweiten Einlass ausgerichtet sind, wenn der Auslasskanal-Liner in dem Zylinderkopf installiert ist.
Verfahren zur Fertigung eines Auslasskanal-Liners, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners durch ein additives Herstellungssystem, der Folgendes umfasst: eine monolithische Struktur, umfassend: einen Einlass; einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass; und eine Seitenwand, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand umfasst, die einen Hohlraum zwischen sich definieren; Ausführen der Steuerungsanweisungen durch das additive Herstellungssystem zur Fertigung des Auslasskanal-Liners.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das additive Herstellungssystem zumindest teilweise einen aus der aus Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und direkte Energiedeposition bestehenden Gruppe ausgewählten Prozess einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Metall eine Superlegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Superlegierung aus der aus Superlegierungen auf Nickelbasis und Superlegierungen auf Cobaltbasis bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend Abdichten des Hohlraums.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei Abdichten des Hohlraums Füllen einer eine Grenze des Hohlraums bildenden Öffnung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Öffnung mit dem Metall gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Abdichten des Hohlraums Schweißen mit einem Elektronenstrahl umfasst.
Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, umfassend: einen eine innere Befestigungsfläche definierenden Zylinderkopfrahmen; und einen nahe der inneren Befestigungsfläche des Rahmens angeordneten Auslasskanal-Liner, wobei der Auslasskanal-Liner Folgendes umfasst: eine monolithische Struktur, umfassend: einen Einlass; einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass; und eine Seitenwand, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall umfasst, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand umfasst, die zwischen sich einen abgedichteten Hohlraum definieren, wobei eine Außenfläche des Auslasskanal-Liners der Innenfläche des Auslasskanals entspricht.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei das Metall eine Superlegierung umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 27, wobei die Superlegierung aus der aus Superlegierungen auf Nickelbasis und Superlegierungen auf Cobaltbasis bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der abgedichtete Hohlraum mindestens eines von Luft und einem inerten Gas umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 29, wobei der abgedichtete Hohlraum ferner ein Teilvakuum umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei das Metall ein laser-gesintertes Material umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei die Seitenwand mindestens einen sich durch sie hindurch erstreckenden Durchlass definiert.
Zylinderkopf nach Anspruch 32, wobei der Durchlass auf einen Auslassventilsitz des Zylinderkopfrahmens ausgerichtet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 32, wobei der Seitenwanddurchlass zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 34, wobei der Zylinderkopfrahmen eine einzige Befestigungsfläche mit einem in der Nähe davon angeordneten einzigen Auslasskanal-Liner definiert und die Seitenwand mehrere Durchlässe definiert, die jeweils zur Aufnahme einer Ventilführung bemessen und ausgerichtet sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei die monolithische Struktur mindestens eine eine Grenze des Hohlraums bildende gefüllte Öffnung umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 36, wobei die gefüllte Öffnung mit dem Metall gefüllt ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Winkel in einem Bereich von 30° bis 135° liegt.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, ferner umfassend eine in dem abgedichteten Hohlraum angeordnete Säule, die sich von der Innenwand zu der Außenwand erstreckt.
Zylinderkopf nach Anspruch 39, ferner umfassend mehrere Säulen in dem Hohlraum.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Zylinderkopfrahmen ein zweites Metall umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 41, wobei das zweite Metall eine Aluminiumlegierung umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Auslasskanal-Liner durch additive Herstellung gefertigt ist und der Zylinderkopfrahmen durch Gießen eines zweiten Metalls um den Auslasskanal-Liner gefertigt ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Auslasskanal-Line und der Zylinderkopfrahmen jeweils durch additive Herstellung gefertigt sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Zylinderkopfrahmen mehrere innere Befestigungsflächen definiert.
Zylinderkopf nach Anspruch 45, ferner umfassend mehrere der Auslasskanal-Liner, wobei einer der mehreren Auslasskanal-Liner nahe einer der inneren Befestigungsflächen angeordnet ist.
Zylinderkopf nach Anspruch 45, wobei der Zylinderkopfrahmen acht innere Befestigungsflächen definiert und der Zylinderkopf acht Auslasskanal-Liner umfasst.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, wobei der Zylinderkopfrahmen äußere Kühlrippen umfasst, die zur Luftkühlung des Zylinderkopfs ausgeführt sind.
Zylinderkopf nach Anspruch 26, ferner umfassend fehlende innere Wasserkühlmitteldurchgänge.
Verfahren zur Fertigung eines Zylinderkopfs eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Fertigen eines Auslasskanal-Liners durch: Empfangen durch ein additives Herstellungssystem von Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners, umfassend: eine monolithische Struktur, umfassend: einen Einlass; einen in einem Winkel bezüglich des Einlasses angeordneten Auslass; und eine Seitenwand, die ein zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnetes Metall aufweist, das einen Abgasstromdurchgang durch die monolithische Struktur definiert, wobei die Seitenwand eine Innenwand und eine Außenwand umfasst, die einen Hohlraum zwischen sich definieren; und Ausführen der Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Auslasskanal-Liners durch das additive Herstellungssystem; und Fertigen eines Zylinderkopfrahmens um den Auslasskanal-Liner herum, um den Zylinderkopf zu fertigen.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei das additive Herstellungssystem zumindest teilweise einen aus der aus Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und direkter Energiedeposition bestehenden Gruppe ausgewählten Prozess einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei das Metall eine Superlegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 52, wobei die Superlegierung aus der aus Superlegierungen auf Nickelbasis und Superlegierungen auf Cobaltbasis bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei das Fertigen des Zylinderkopfrahmens Gießen von Metallschmelze umfasst.
Verfahren nach Anspruch 54, wobei die Metallschmelze eine Aluminiumlegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 50, wobei das Fertigen des Zylinderkopfrahmens ein zweites additives Herstellungssystem umfasst, das Steuerungsanweisungen zur Fertigung des Zylinderkopfrahmens empfängt und ausführt.
Verfahren nach Anspruch 56, wobei das zweite additive Herstellungssystem zumindest teilweise einen aus der aus Vat-Polymerisation, Pulverbettfusion, Materialextrusion und direkter Energiedeposition bestehenden Gruppe ausgewählten Prozess einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 56, wobei das additive Herstellungssystem und das zweite additive Herstellungssystem ein einziges additives Herstellungssystem sind.
Verfahren nach Anspruch 50, ferner umfassend Abdichten des Hohlraums vor der Fertigung des Zylinderkopfrahmens.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei das Abdichten des Hohlraums Füllen einer die Grenze des Hohlraums bildenden Öffnung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei die Öffnung mit dem Metall gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 60, wobei das Abdichten des Hohlraums Schweißen mit einem Elektronenstrahl umfasst.