DE69621522T2

DE69621522T2 - Zylinderkopf und Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes

Info

Publication number: DE69621522T2
Application number: DE69621522T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Adachi; Junichi Inami
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: US5765520A; JPH0913919A; EP0751284B1; DE69621522D1; EP0751284A1; JP3394363B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Zylinderkopfeinheit für eine Brennkraftmaschine, mit einem Zylinderkopfkörper, einem Lufteinlaßsystem in Verbindung mit einer Brennkammer an einer Einlaßkanalöffnung, einem Auslaßsystem in Verbindung mit der Brennkammer an einer Auslaßkanalöffnung, wobei die Einlaß- und die Auslaßkanalöffnungen durch jeweilige Einlaß- und Auslaßventile, geführt durch jeweilige Ventilführungen, aufgenommen in jeweiligen Ventilführungsbohrungen, betätigbar sind, und Ventilsitze, geschaffen an den Einlaß- und den Auslaßkanalöffnungen und ein Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzes innerhalb einer Zylinderkopfeinheit einer Brennkraftmaschine.
Die herkömmliche Zylinderkopfeinheit für Motoren ist typischerweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und Bereiche des Zylinderkopfkörpers, mit denen die Einlaß- und Auslaßventile in Kontakt kommen, sind mit Ventilsitzen versehen. Da diese Ventilsitze wiederholt durch die Einlaß- und Auslaßventile kontaktiert werden und mit hohen Temperaturen betroffen werden, sind sie aus eisenbasierten Sinterlegierungen hergestellt, die ausgezeichnet in Verschleißwiderstand und hoher Temperaturfestigkeit sind. Wie in Fig. 20 gezeigt, sind sie preßgepaßt, um mit dem Zylinderkopfkörper einstückig zu sein, gebildet in der Ausnehmung in dem Brennkammer- Seitenöffnungsbereich der Einlaß- und Auslaßanschlüsse des Zylinderkopfes, und mit einem Schleifprozeß endbearbeitet. Fig. 20 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Abschnittes des herkömmlichen Zylinderkopfes, bei dem ein Ventilsitz preßgepaßt ist. Die Figur zeigt auch einen Zylinderkopfkörper (1), einen preßgepaßten Ventilsitz (2) und eine Ausnehmung (3) zum Preßpassen des Ventilsitzes.
Infolge der Tatsache, daß der thermische Leitwert der eisenbasierten Sinterlegierungen für den Ventilsitz (2) geringer als jener der für den Zylinderkopfkörper (1) verwendeten Aluminiumlegierung ist, daß der Ventilsitz (2) eine bestimmte Dicke hat, um Verformung zu verhindern, wenn er preßgepaßt wird, und daß winzige Spalten zwischen dem Ventilsitz (2) und dem Zylinderkopfkörper (1) vorhanden sind, nimmt der thermische Widerstand zu, wenn Wärme von dem Einlaß- und Auslaßventilflächen und Auslaßgas zu dem Zylinderkopfkörper (1) geleitet wird. Dies kann zu unzureichender Kühlung des Zylinderkopfes führen, zu abnormaler Verbrennung und einem übermäßigen Anstieg in der Ventiltemperatur.
Um die mit dem Preßpassen der Ventilsitze (2) verbundenen Probleme zu lösen, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden (z. B. Japanische Offenlegungs- Patentveröffentlichung Sho- 62- 150014), in dem ein Ventilsitzmaterial von vorteilhaften Wärmewiderstand, Verschleißwiderstand und Korrosionswiderstand durch Laserwärme auf dem Ventilsitzbefestigungsbereich auf dem Zylinderkopfkörper (1) geschmolzen und abgelagert (überzogen) wird, und die überzogenen Bereiche werden spanend bearbeitet. Ein durch solch ein Laser- Überzugsverfahren gebildeter Ventilsitz ist in Fig. 21 gezeigt.
Fig. 21 zeigt eine vergrößerten Querschnitt eines Ventilsitzbereiches eines Zylinderkopfes, in dem ein Ventilsitz durch ein Laser- Überzugsverfahren gebildet ist, das einen Ventilsitzbereich (4), eine Verbindungsgrenzoberfläche (5) des Ventilsitzbereiches (4) und Schmelzereaktionsschichten (6) und (7) zeigt, gebildet in der Nähe der Verbindungsgrenzoberfläche (5). Noch weitere Verfahren sind vorgeschlagen worden, die Schmelzeadhäsion zwischen der überzogenen Schicht und dem Zylinderkopfkörper zu verbessern (z. B. Japanische Offenlegungs- Patentveröffentlichung Hei- 2- 196117), in denen die Oberfläche des Zylinderkopfkörpers, der überzogen werden soll, durch Walzen oder dergleichen vor dem Laserüberziehen plastisch verformt wird.
Jedoch hat der durch das Laserüberziehen gebildete Ventilsitz ein Problem in der Verbindungsfestigkeit, weil das Ventilsitzmaterial erwärmt wird und schmilzt. Dies ist, weil jener den Bereich um die Verbindungsgrenzoberfläche (5) des Zylinderkopfkörpers (5) schmilzt, wenn das Ventilsitzmaterial erwärmt wird und schmilzt.
Mit anderen Worten, wenn der vorerwähnte Bereich des Zylinderkopfkörpers (1) schmilzt und dann erstarrt, wird Gas erzeugt und verbleibt als Gasblasen in der Schmelzereaktionsschicht (7) in der Nähe der Verbindungsgrenzoberfläche. Wenn die geschmolzene Aluminiumlegierung erstarrt, werden Poren in der Schmelzereaktionsschicht (7) durch Erstarrungsschrumpfung erzeugt. Das Laser- Überzugsverfahren hat ein weiteres Problem, daß es dazu neigt, durch erzeugte Poren betroffen zu werden, wenn Guß und Verunreinigungen in dem Material enthalten sind. Ein weiteres Problem ist, daß die Festigkeit, die durch Ausscheidungshärtungsbehandlung der Verbindungsflächen gegeben ist, hergestellt durch Schmelzen und Erstarren, dazu neigt, sich zu verringern, wenn der Motor für eine lange Zeitraum unter Bedingungen, die die Ventilsitztemperatur erhöhen, betätigt wird.
Die EP- A- 0 092 683 (Fig. 1, 4) zeigt eine Zylinderkopfeinheit einer Brennkraftmaschine, mit einem Zylinderkopfkörper, einem Lufteinlaß-/Auslaßsystem mit Einlaß-/ Auslaßventilen 3, die mit einer Brennkammer an Einlaß-/Auslaßöffnungen in Verbindung sind; Einlaß-/Auslaßkanalöffnungen werden durch jeweilige Einlaß-/Auslaßventile betätigt, geführt durch jeweilige Ventilführungen, aufgenommen in jeweiligen Ventilführungsbohrungen,
und Ventilsitze 18 sind an den Einlaß- und Auslaßkanalöffnungen vorgesehen, wobei entsprechend der Fig. 4 die Ventilsitze 18 metallurgisch (durch ein Laserschmelzverfahren) mit dem Zylinderkopfkörper verbunden sind und wobei entsprechend der Fig. 1 die folgende Beziehung erfüllt wird:
D, der äußere Durchmesser der jeweiligen Einlaß-/Auslaßventile 3, die mit den jeweiligen Ventilsitzen in Kontakt kommen,
ist kleiner als Do, der Außendurchmesser der jeweiligen Ventilsitze, der selbst kleiner ist, als
Dc, der Durchmesser der Einlaß- und Auslaßkanalöffnungen, benachbart der Brennkammer, somit ist D < Do < Dc.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Zylinderkopfeinheit für eine Brennkraftmaschine, wie oben angezeigt, zu schaffen, die Überhitzung des Bereiches um den Ventilsitz verhindert und gleichzeitig die Verbindungsfestigkeit zwischen einem Ventilsitz und einem Zylinderkopfkörper verbessert.
Es ist weiter ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzes, wie oben angezeigt, zu schaffen, das die Verhinderung von Überhitzen und ein Verbessern der Verbindungsfestigkeit zwischen einem Ventilsitz und einem Zylinderkopfkörper erleichtert.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wird die folgende Ungleichung erfüllt:
D < D < D + 5 mm < Dc.
Vorteilhafte Ergebnisse der Verbindungsfestigkeit sind erreichbar, wenn das Metall des Zylinderkopfkörpers eine Al- Si- Mg- basierte Aluminiumlegierung ist und das Metall der Ventilsitze ist eine eisenbasierte, gesinterte Legierung, die schmelzimprägniertes Kupfer enthält.
Eine noch weitere Verbesserung der Verbindungsfestigkeit ist erreichbar, wenn das metallurgische Verbinden der Ventilteile aufweist: (a) Platzieren eines Ventilsitzteiles auf den Öffnungen der Zylinderkopfeinheit, und (b) Drücken einer Elektrode gegen die Endfläche des Ventilsitz- Grundmateriales, dem Zylinderkopfkörper gegenüberliegend, mit einer Achse des Einlaß- oder Auslaßventiles einer Drückrichtung angepaßt, wodurch die Elektrode vorgesehen ist, um Elektrizität auf den Zylinderkopfkörper durch das Ventilsitzteil zuzuführen.
Das Erleichtern des genauen Positionierens eines Ventilsitzteiles auf der Ventilsitzöffnung wird durch Vorbringen einer Führungsstange, koaxial mit der Elektrode ausgerichtet, ausgerichtet mit der Elektrode, weiter verbessert, so daß die Führungsstange in die Ventilführungsbohrung eintritt und gleichzeitig die Elektrode zum Treffen der Druckrichtung mit der Achse (C) des Ventiles führt, wodurch die Führungsstange zu der Elektrode befestigt oder getrennt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Druckkraft und/oder die Elektrizität nach einem vorbestimmten Muster angewandt werden, das eine erste Druckkraft aufweist, die in einer frühen Stufe des Haftverbindungsverfahrens angewandt wird und dann eine zweite Druckkraft, die mit einem bestimmten höheren Wert angewandt wird, bis das Haftverbinden vervollständigt ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Muster der angewandten Elektrizität beginnt, wenn eine Zeit nach Anwendung der ersten Druckkraft verstrichen ist, wodurch der Wert der Elektrizität sich zuerst erhöht, dann fast bis Null abnimmt und sich nach diesem wieder erhöht, bevor er sich während der Zeit, in der die zweite Druckkraft noch angewandt wird, auf Null vermindert.
Die Anmelder haben eine Technologie vorgeschlagen, in der ringförmige Ventilteile, hergestellt aus eisen- basierter, gesinterter Legierung, erwärmt, gepreßt und mit den Öffnungen in dem Zylinderkopfkörper verbunden werden (Europäische Patentanmeldung Nr. 96 100 938.8). Nach dieser Technologie, da der Zylinderkopfkörper aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die durch elektrische Erwärmung leicht veranlaßt wird plastisch zu fließen, ist das Ventilsitzteil in das Ventilsitzteil durch Erwärmen und Pressen eingesunken. In diesem Fall diffundieren die Atome auf der Preßkontakt- Grenzoberfläche zwischen den zwei Teilen gegenseitig und beide Teile sind ohne einen Spalt fest verbunden. In jenem Fall, da die Ventilsitze und der Zylinderkopfkörper wenig aufschmelzen, werden Defekte in Materialien, wie oben beschrieben, am Auftreten gehindert.
Der Motorzylinderkopf nach der Erfindung ist eine weitere Verbesserung des vorherigen Vorschlages, um den Zylinderkopf an Verformung zu hindern. Dies bedeutet, es ist allgemein bekannt, daß eine Aluminiumlegierung durch eine sehr kleine Beanspruchung oberhalb der Aushärttemperatur leicht verformt wird und ihre Kriechfestigkeit ist auch gering. Deshalb sollte der Zylinderkopf an dem Verformen gehindert werden. Mit der Anordnung nach der Erfindung, wird der Sitz an dem Verformt- oder Beschädigtwerden oder vor dem Einsinken in den Zylinderkopfkörper, durch das wiederholte Schlagen des Ventiles bei hohen Temperaturen gegen den Ventilsitz, durch Erfüllen der folgenden Beziehung,
D < Do < D + 5 mm
Gehindert, in der Do der Außendurchmesser des Ventilsitzes ist, und D ist der Außendurchmesser des Ventiles, das in Kontakt mit dem Ventilsitz kommt.
Die Grundlage der numerischen, oben genannten Grenzen wird nachstehend beschrieben. Wie in Fig. 12(A) gezeigt, wenn das Ventilsitzteil erwärmt und gepreßt wird, wird der Einsinkbetrag (d) erhöht, der Umfang des Ventilsitzes dehnt sich aus, und die vorspringende Fläche des Ventilsitzes, wenn in der Richtung der Ventilachse gesehen, nimmt zu, wie in Fig. 12(B) gesehen. Falls die wiederholte maximale Belastung durch die Ventilsitzlast angenommen wird konstant zu sein, ist die Beziehung zwischen der vorspringenden Fläche des Ventilsitzes und dem Oberflächendruck, der auf die Grenzoberfläche zwischen dem Ventilsitz und dem Zylinderkopf wirkt, wie in Fig. 13(A) gezeigt. Es ist bestätigt worden, daß die Beziehung zwischen dem Oberflächendruck und dem Außendurchmesser (Do) des Ventilsitzes ist, wie in Fig. 13(B) gezeigt. In Fig. 13(B) zeigt die gestrichelte Linie die Kompressionsgrenzfestigkeit des aus Aluminiumlegierungmaterial (CH vom JIS- Code) hergestellten Zylinderkopfes. Wenn der Oberflächendruck die Grenze übersteigt, tritt Verformung auf und verursacht Schwierigkeiten bei Verwendung. Deshalb muß der Außendurchmesser (Do) des Ventilsitzes bestimmt sein, so daß der Oberflächendruck auf die Grenzoberfläche unterhalb der Kompressionsgrenzfestigkeit ist. Die Anmelder haben aus verschiedenen Tests bestätigt, daß der minimale Wert des Außendurchmessers (Do) des Ventilsitzes gleich ist zu dem Außendurchmesser des Ventiles. Deshalb ist es bestimmt worden, daß der Außendurchmesser des Ventiles (D) kleiner ist, als der Außendurchmesser (Do) des Ventilsitzes (D < Do).
Wie in Fig. 14(A) gezeigt, die einen Querschnitt des Auslaß- (oder Einlaß-) kanales zeigt, dient der Raum zwischen dem Innendurchmesser (Dc) der Auslaßöffnung und dem Außendurchmesser (D) des Ventiles als die Ausströmöffnung des Abgases (oder Einströmöffnung des Gemisches). Wenn der Außendurchmesser (D) des Ventiles angenommen wird konstant zu sein, wie in Fig. 14(B) gezeigt, je größer der Innendurchmesser (Dc) der Auslaßöffnung, desto kleiner wird der Gasströmungswiderstand. Deshalb sollte der Innendurchmesser (Dc) der Auslaß- oder der Einlaßöffnung so groß wie möglich sein. Es gibt jedoch wegen des Raumes für die benachbarten Auslaß- oder Einlaßöffnung eine Begrenzung. Es ist durch Untersuchungen bestätigt worden, daß, wie in Fig. 14(B) gezeigt, wenn der Innendurchmesser (Dc) der Auslaß- oder Einlaßöffnung allmählich erhöht wird, sich der Gasströmungswiderstand nicht wesentlich vermindert, wenn der Wert (Dc) ungefähr (D) + 5 mm oder größer ist. deshalb ist der Innendurchmesser (Dc) der Auslaß- oder Einlaßöffnung ausreichend, wenn er (D) + 5 mm ist. In Anbetracht des obigen wird der Außendurchmesser (Do) des Ventilsitzes bestimmt (D) + 5 mm zu sein, was kleiner als der Innendurchmesser (Dc) der Auslaß- oder Einlaßöffnung ist.
Als nächstes wird die Wirkung der Anordnung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Anmelder haben die Tatsache bemerkt, daß in dem Motorzylinderkopf die Auslaßöffnung höhere Temperaturen erreicht, als sie die Einlaßöffnung erreicht, und verstärkten nur die Auslaßöffnung. Dies macht es möglich, die Verformung vom Teil des Zylinderkopfmateriales nahe dem Ventilsitz zu minimieren und außerdem werden die Herstellungskosten des Zylinderkopfes reduziert. Noch genauer, das plastische Fließen des Zylinderkopfmateriales wird in der Richtung senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes eingeschränkt, um dadurch den Oberflächendruck auf das Zylinderkopfmaterial zu vermindern. Der vorspringende Bereich des Ventilsitzes nach dem Bilden ist durch Erhöhen der Einsinkdimension des Zylinderkopfmateriales erhöht, wenn er erwärmt und gepreßt wird (bezieht sich auf die Fig. 9 und 10). Außerdem kann der Ventilsitz vor dem Verformt- oder Beschädigtwerden gehindert werden, durch Erhöhen der Ventilsitzdicke in der Richtung allgemein senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes, um dadurch die Steifigkeit des Ventilsitzes (19) zu erreichen.
Die Temperaturen um die Öffnungen des Zylinderkopfkörpers werden abhängend von verschiedenen Bedingungen ungleich, wie z. B. der Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen. Mit dem Motorzylinderkopf nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, weil die Mitte des Innenkreises, der den Innendurchmesser des Ventilsitzes bildet, von der Mitte des Außenkreises, der den Außendurchmesser des Ventilsitzes bildet, verschoben ist, und die Ventilsitzbreite in der Draufsicht verschiedenartig ist, kann der breitere Abschnitt des Ventilsitzes zu der von höheren Temperaturen betroffenen Position angeordnet werden. Dies macht es möglich, den vorspringenden Bereich des erforderlichen Teiles des Ventilsitzes zu befestigen und vermindert den Oberflächendruck der auf den Zylinderkopf ausgeübten Kompressionskraft.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren abhängenden Ansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit größerer Ausführlichkeit in Bezug zu verschiedenen Ausführungsbeispielen derselben, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
Fig. 1 eine seitliche Querschnittsdarstellung eines Ventilsitzes als das erste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist;
Fig. 2 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand eines Ventilsitz- Grundmateriales ist, das über der Kanalöffnung platziert ist;
Fig. 3 eine Draufsicht einer Presse zum Verbinden des Ventilsitzes mit der Kanalöffnung des Zylinderkopfes ist;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer Presse zum Verbinden des Ventilsitzes mit der Kanalöffnung des Zylinderkopfes ist;
Fig. 5 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand einer Elektrode ist, die in Kontakt mit dem Ventilsitz- Grundmaterial ist;
Fig. 6 ein Diagramm von Druckmustern, Stromwertmustern und Einsinkbetrag ist;
Fig. 7 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand einer Legierungsschicht ist, die von dem Metallmaterial des Films auf dem Ventilsitz- Grundmaterial und dem metallischen Material des Zylinderkopfkörper erzeugt wird;
Fig. 8 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand des Metallmateriales des Zylinderkopfkörpers ist, das den plastischen Fluß verursacht;
Fig. 9 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand des Ventilsitz- Grundmateriales ist, das in den Zylinderkopfkörper eingesunken ist;
Fig. 10 eine seitliche Querschnittsdarstellung in dem Zustand des Ventilsitzes ist, der spanend fertigbearbeitet wird;
Fig. 11 das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, mit den Einlaß- und Auslaßöffnungen, gesehen von der Brennkammerseite;
Fig. 12(A) einen Querschnitt des Ventilsitzes zur erläuterung der Wirkung der Erfindung zeigt;
Fig. 12(B) ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Einsinkbetrag und dem vorspringenden Bereich des Ventilsitzes ist, wenn der Ventilsitz erwärmt und gegen den Zylinderkopfkörper gedrückt wird, zur Erläuterung der Erfindung;
Fig. 13(A) ein Diagramm der Beziehung zwischen dem vorspringenden Bereich des Ventilsitzes und dem Oberflächendruck ist, verursacht durch die an der Grenzfläche zwischen dem Ventilsitz und dem Zylinderkopfkörper ausgeübten Kompressionskraft, zur Erläuterung der Wirkung der Erfindung;
Fig. 13(B) ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des Ventilsitzes und dem Oberflächendruck an der Grenzfläche des Ventilsitzes zur Erläuterung der Wirkung der Erfindung ist;
Fig. 14(A) eine Querschnittsdarstellung des Ventilsitzes zur Erläuterung der Wirkung der Erfindung ist;
Fig. 14(B) ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Innendurchmesser der Auslaßöffnung und dem Gasströmungswiderstand ist;
Fig. 14(C) die Einlaß- und Auslaßöffnungen, gesehen von der Brennkammerseite, zeigt;
die Fig. 15(A), 15(B) und 15(C) das dritte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigen;
Fig. 16 eine Draufsicht ist, um das vierte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu zeigen;
Fig. 17 eine Querschnittsdarstellung ist, um das fünfte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu zeigen;
die Fig. 18(A) bis 18(E) seitliche Querschnittsdarstellungen sind, um das sechste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu zeigen;
die Fig. 19(A) bis 19(F) seitliche Querschnittsdarstellungen sind, um das siebente Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu zeigen;
die Fig. 19(G) bis 19(I) seitliche Querschnittsdarstellungen sind, um das achte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu zeigen;
Fig. 20 eine seitliche Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen Ventilsitzes ist; und
Fig. 21 eine seitliche Querschnittsdarstellung eines weiteren Beispieles des herkömmlichen Ventilsitzes ist.

A. Erstes Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird ausführlich in Bezug auf Fig. 1 bis 10 beschrieben.

(1) Gesamtzusammensetzung des Zylinderkopfes

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Ventilsitzbereiches eines Zylinderkopfes dieser Erfindung. Fig. 2 zeigt einen teilweise vergrößerten Querschnitt eines Zustandes, in dem ein Ventilsitzteil an der Kanalöffnung platziert ist. In diesen Figuren ist ein Zylindekopfkörper (11) für einen Viertakt- Motor aus einem Gußaluminium- Legierungsmaterial mit einer Kuppelförmigen Ausnehmung (12) für eine Abwärtsöffnungs- Brennkammer, eine Einlaßkanal- (13) Öffnung für die Ausnehmung (12), und eine Auslaßkanal- (14) Öffnung für die Ausnehmung (12) gebildet.
Die für den Zylinderkopfkörper (11) verwendete Aluminiumlegierung (11) ist eine Al- Si- Mg basierte Legierung, im JIS (Japanischer Industriestandard) als AC4C bestimmt. Der Grund für die Verwendung dieses Materiales ist die festeste Verbindungsfestigkeit des Ventilsitzes im Vergleich mit anderen Aluminiumlegierungen. Ein Einlaßventil (17) und ein Auslaßventil (18) sind jeweils in den oberen Wandbereichen des Einlaßkanales (13) und des Auslaßkanales (14) durch Ventilführungen (15) und (16) installiert. Ein Ventilsitz (19), der später beschrieben werden soll, ist mit jeder der Öffnungen der Anschlüsse (13) und (14) verbunden. Die Ventilführungen (15) und (16) sind befestigt, da sie in Ventilführungsbohrungen (11a), gebildet in dem Zylinderkopfkörper (11), gedrückt werden. Die Ventilführungsbohrungen (11a) sind so gebildet, daß ihre Achsen (C) mit den Achsen der Öffnungen (13a) und (14a) des Einlaßkanales (13) und des Auslaßkanales (14) ausgerichtet sind.
Jeder der in Figur (1) gezeigten Ventilsitze (19) wird durch Preßverbinden eines ringförmig gebildeten Ventilsitzteiles mit den Kanalöffnungen (13a) und (14a) unter erwärmten Zustand erzeugt, gefolgt durch Fertigbearbeiten. Das Ventilsitzteil wird als (20) in Fig. 2 gezeigt.
Das Ventilsitzteil (20) ist aus einem eisen- basierten, gesinterten Materialteil erzeugt, gebildet in einer ringförmigen Form (21) und mit einem Kupferüberzug (22) überzogen. Als das Material für das ringförmige Teil (21) in diesem Ausführungsbeispiel wird ein eisen- basiertes, gesintertes Materialteil, in dem Kupfer schmelz- imprägniert ist, aus dem Gesichtspunkt des Minimierens innerer Widerstandserwärmung während der Energiezuführung, die später beschrieben werden wird, verwendet. Der Kupferüberzug (22) wird durch Elektroplattieren des ringförmigen Teiles (21) mit einer Überzugsdicke von 0.1-30 um gebildet.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist das Ventilsitzteil (20) so gebildet, daß ein Teil von seinem Umfang, wenn an jeder der Öffnungen (13a) und (14a) des Einlaßkanales (13) und des Auslaßkanales (14) platziert, der Innenseite jeder der Öffnungen (13a) und (14a) zugewandt ist. Übrigens zeigt Fig. 2 den Zylinderkopfkörper (11) verkehrt herum, mit der Unterseite (Öffnungseite der Ausnehmung (12) für die Brennkammer) nach oben gewandt.
Zum beschreiben im Einzelnen, die Außenumfangsoberfläche (20a) des Ventilsitzteiles (20) ist unten in Richtung der Mitte des Ventilsitzteiles (20) geneigt und die Grundfläche (20b) ist mit einem kleineren Gefälle, als jenes der Oberfläche (20a) geneigt. Eine Außenoberfläche, bei der sich die Außenumfangsoberfläche (20a) und die Grundfläche (20b) einander treffen, ist in einer konvex- gekrümmten Oberfläche gebildet. In Fig. 2 wird die konvex- gekrümmte Oberfläche als (20c) gezeigt.
Ein erhöhter Abschnitt (23) ist auf dem Teil jeder der Öffnungen (13a) und (14a) gebildet, die der konvex- gekrümmten Oberfläche (20c) zugewandt sind. Mit anderen Worten, wenn das Ventilsitzteil (20) an jeder der Öffnungen (13a) und (14a) platziert ist, wie in Fig. 2 gezeigt, kommt die konvex- gekrümmte Oberfläche (20c) mit dem erhöhten Abschnitt (23) des Zylinderkopfkörpers (11) in Kontakt.
Die Innenoberfläche des Ventilsitzteiles (20) weist eine Oberfläche (20d), unten geneigt in Richtung der Mitte des Ventilsitzteiles (20), und eine sich axial ausgedehnte Oberfläche (20e) auf, die sich axial von dem inneren Umfangsende der geneigten Oberfläche (20d) erstreckt.

(2) Ventilsitz- Verbindungsverfahren

Um das Ventilsitzteil (20), gebildet wie später beschrieben, über jeder der Öffnungen (13a), und (14a) des Zylinderkopfkörpers (11) zu verbinden, wird eine in den Fig. 3 und 4 gezeigte Presse (24) verwendet.
Die Presse (24) weist einen Sockel (25), eine untere Platte (26), befestigt in dem unteren Teil des Sockels (25), und eine obere Platte (27), relativ zu der unteren Platte (26) vertikal beweglich, auf. Die obere Platte (27) ist mit dem unteren Ende einer Stange (28a) verbunden, die ein Funktionsende einer verbundenen Zylindervorrichtung (28) ist, mit ihren Achsen vertikal zu dem oberen Teil des Sockels (25) gerichtet.
Eine Energiezuführung (nicht gezeigt) führt jeweils durch Leiterteile (26a) und (27a) Energie zu der unteren Platte (26) und der oberen Platte (27). Das mit der oberen Platte (27) verbundene Leiterteil (27a) ist gebildet, um sich flexibel zu verformen oder entsprechend der vertikalen Bewegungen der oberen Platte (27) zu bewegen. Dieses Ausführungsbeispiel ist gebildet, so daß die obere Platte (27) die positive Elektrode ist und die untere Platte (26) ist die negative Elektrode.
In den oberen Teil des Sockels (25), der die Zylindervorrichtung (28) trägt, ist ein Abstandsmesser (30) vorgesehen, der Laserstrahlen zu einem Reflexionsteil (29), befestigt an dem vorderen Teil der oberen Platte (27), emittiert, um die Abweichung der oberen Platte (27) durch Messen des Abstandes zu dem Reflektorteil (29), durch Verwenden der von dem Reflektorteil (29) verwendeten Laserstrahlen, zu messen.
Um das Ventilsitzteil (20) durch Verwenden der Presse (24) zu verbinden, wird zuerst die untere Elektrode (31) an der unteren Platte (26) befestigt, und der Zylinderkopfkörper (11) ist an und mit der unteren Elektrode (31) befestigt. Hier ist der Zylinderkopfkörper (11) mit seiner Ausnehmung (12) für die Brennkammer platziert, die nach oben gewandt und positioniert ist, so daß die Achse durch die Kanalöffnung, zu der das Ventilsitzteil (20) verbunden werden soll, mit der Achse der Stange (28a) der Zylindervorrichtung (28) ausgerichtet ist.
Als nächstes wird, wie in Fig. 5 gezeigt, eine Führungsstange (32) von der Ausnehmungsseite (12) in eine Ventilführungsbohrung (11a) des Kanales eingesetzt, zu dem das Ventilsitzteil (20) verbunden ist. Die Führungsstange (32) ist aus einem metallischen runden Stab (32a) hergestellt, mit seiner Außenoberfläche, überzogen mit einem isolierenden Material (32b), wie z. B Aluminiumoxid, und seine Länge ist so, daß sie oben von der Brennkammerseiten- Endoberfläche des Zylinderkopfkörpers (11) herausragt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das isolierende Material (32b) durch Flammensprühen von keramischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, auf die runde Stange (32a), gefolgt durch Polieren, hergestellt.
Danach wird das Ventilsitzteil (20) über der Kanalöffnung platziert und die obere Elektrode (33) ist auf dem Ventilsitzteil (20) platziert. Die obere Elektrode (33) ist mit einer mittigen Durchgangsbohrung (33a) versehen, in die die Führungsstange (32) eingesetzt ist, und ihr unteres Ende ist mit einer schrägen Oberfläche (33b) zum in Kontaktkommen mit der geneigten Oberfläche (20d) (Fig. 2) des Ventilsitzteiles (20) gebildet und mit einer Umfangspositionierungsoberfläche (33c) zum Inkontaktkommen mit der axial erstreckten Oberfläche (20e). Ein Magnetteil (33d) ist mit dem unteren Ende der oberen Elektrode (33) verbunden, so daß das Ventilsitzteil (20) magnetisch angezogen wird.
Mit anderen Worten, die obere Elektrode (33) ist koaxial mit der Kanalöffnung des Zylinderkopfkörpers (11) positioniert, da die Führungsstange (32) in die Durchgangsbohrung (33a) eingesetzt ist, und das Ventilsitzteil (20) ist mit der Kanalöffnung koaxial positioniert, wenn die schräge Oberfläche (33b) und die Umfangsoberfläche (33c) mit dem Ventilsitzteil (20) in festen Kontakt gebracht sind.
Nachdem die Elektrode 833) auf dem Ventilsitzteil (20) platziert ist, wird die obere Elektrode (33) gedreht, um zu prüfen, ob das Ventilsitzteil (20) sicher befestigt ist.
Danach wird die Zylindervorrichtung (28) angetrieben, so daß die obere Platte (27) abgesenkt und in festen Kontakt mit der oberen Elektrode (33) gebracht wird. Hier wird Unterseite der oberen Platte (27) parallel zu der oberen Oberfläche der oberen Elektrode (33) ausgerichtet.
Als nächste wird die Zylindervorrichtung (28) angetrieben, um die obere Platte (27) abzusenken und das Ventilsitzteil (20) mit einer konstanten Druckkraft durch die obere Elektrode (33) gegen den Zylinderkopfkörper (11) zu drücken. Hier wird, da die Bewegungsrichtung der oberen Elektrode (33) durch die Führungsstange (32) eingeschränkt ist, die Richtung der auf das Ventilsitzteil (20) angewandten Druckkraft mit den Achsen jeder der Kanalöffnungen (13a) und (14a) ausgerichtet. Demzufolge wird das Ventilsitzteil (20) in dem Zustand seiner Achse, der mit den Achsen jeder der Kanalöffnungen (13a) und (14a) entlang der Achse ausgerichtet ist, gepreßt.
Die Druckkraft wird entsprechend des Druckkraftmusters, gezeigt mit einer durchgehenden Linie in Fig. 6, verändert. D. h., eine relativ kleine, konstante Druckkraft (P1) wird während des ersten Zeitraumes des Verbindungsverfahrens angewandt, und danach wird eine relativ große, zweite Druckkraft (P2) angewandt, um das Verfahren zu beenden.
Wenn die obere Platte (27) stabilisiert ist, nachdem das Pressen mit der ersten Druckkraft P1 stabil ist, wird der Abstand zwischen dem Laserabstandsmesser (30) und dem Reflexionsteil (29) mit dem Abstandsmesser (30) gemessen und der gemessene Abstand wird als eine Absenk- Startposition der oberen Platte (27) aufgezeichnet. Nach einer Zeit (T1), gezeigt in Fig. 6, von dem Start des Drückens mit der ersten Druckkraft P1 verstrichen ist, wird eine Spannung zwischen der oberen Platte (27) und der unteren Platte (26) angelegt, so daß ein Strom zwischen den zwei Platten oder durch das Ventilsitzteil (20), den Zylinderkopfkörper (11) und die untere Elektrode (31) fließt. Hier fließt der Strom von der oberen Elektrode (33) in Richtung des Zylinderkopfkörpers (11). Der Stromwert wird hier auch nach dem Stromwertmuster, gezeigt mit einer unterbrochenen Linie in Fig. 6, verändert. Mit anderen Worten, nachdem der Strom erhöht ist, wird der Strom auf nahezu Null vermindert, und wieder erhöht, und in der Mitte der abschließenden Stufe des Verbindens, während die Druckkraft unverändert gehalten wird, wird der Strom auf Null abgesenkt.
Hier ist, wie in Fig. 2 gezeigt, die konvexe Oberfläche (20c) des Ventilsitzteiles (20) in Kontakt mit dem erhöhten Abschnitt (23) des Zylinderkopfkörpers (11). Da der Kontaktbereich zwischen diesen Komponenten sehr klein ist, wenn der Strom angelegt ist, wie oben beschrieben, ist der elektrische Widerstand in der Kontaktoberfläche erhöht und in der Kontaktfläche wird Wärme erzeugt. Die Wärme wird durch die Kontaktgrenzoberfläche zwischen dem Ventilsitzteil (20) und dem Ventilkopfkörper (11) geleitet.
Wenn die Temperatur auf der Kontaktgrenzoberfläche zwischen dem Ventilsitzteil (20) und dem Zylinderkopfkörper (11) ansteigt, beginnen Atome in den Metallmaterialien, die miteinander in Druckkontakt in festem Zustand sind (Kupfer in dem Kupferüberzug 22 und Aluminiumlegierung in dem Zylinderkopfkörper (11), aktive Bewegungen und diffundieren untereinander.
Wenn die wechselseitige Diffusion der Atome, wie oben beschrieben, auftritt, wird die Zusammensetzung in der Nähe der Grenzoberflächen eine eutektische Legierung von Kupfer werden, die den Kupferüberzug (22) und die Aluminiumlegierung des Zylinderkopfkörpers (11) bildet, so daß sie vom festen Zustand zum flüssigen Zustand bei einer niedrigen Temperatur, im Vergleich mit dem Schmelzpunkt von reinem Kupfer, übergehen kann. Der Zustand zu dieser Zeit in der Nähe der Grenzoberfläche wird schematisch in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 7 ist der Bereich, in dem die wechselseitige Diffusion von Atomen aufgetreten ist und die eutektische Schicht erzeugt worden ist, mit einem Symbol A gezeigt.
Wenn die Temperatur in der Nähe der Grenzoberfläche weiter ansteigt und ein Teil der eutektischen Schicht in die flüssige Phase übergeht, wird das Diffusionsphänomen der Atome aktiver, die eutektische Schicht nimmt zu und demzufolge dehnt sich die Grenzoberfläche zwischen der festen und flüssigen Phase aus.
Zusammen mit dem Verfahren in dem Übergang der eutektischen Legierungsschicht in die flüssige Phase, tritt plastisches Fließen (plastische Verformung) in der Aluminiumlegierung in dem Zylinderkopfkörper (11), benachbart zu der eutektischen Legierung, auf, weil sie durch das Ventilsitzteil (20) gedrückt wird und ihre Temperatur durch die Widerstandserwärmung erhöht ist.
Da das plastische Fließen allgemein in aufwärtigen und abwärtigen Richtungen in Bezug zu dem ersten Kontaktbereich in Fig. 7 symmetrisch auftritt, wird die eutektische Legierung, die in die flüssige Phase übergegangen ist, aus dem Kontaktbereich entlang des plastischen Fließens, wie in Fig. 8 gezeigt, hinausgedrückt. In Fig. 8 sind die Bereiche, in denen die eutektische Legierung hinausgedrückt worden ist, mit einem Symbol B gezeigt. Hier wird ein Teil des Kupferüberzuges (22) auf dem Ventilsitzteil (20) auch in die eutektische Legierung umgewandelt und aus dem Kontaktbereich hinaus gedrückt, und ein Teil des ringförmigen Teiles (21) kommt in Kontakt mit der Aluminiumlegierung, was das Atom- Diffusionsphänomen zwischen den zwei Komponenten veranlaßt aufzutreten. Der Bereich, in dem das Diffusionsphänomen stattfindet, wird mit einem Symbol C in Fig. 8 gezeigt.
Wie oben beschrieben, weil der Teil der eutektischen Legierungsschicht aus der Kontaktfläche hinausgedrückt wird und die Aluminiumlegierung plastisch fließt, beginnt das Ventilsitzteil (20) in den Zylinderkopfkörper (11) zu der Zeit (T2), gezeigt in Fig. 6 gezeigt, zu sinken. Nachdem das Ventilsitzteil (20) zu sinken beginnt, wie oben beschrieben, bei der Zeit (T3) in Fig. 6, ist die Druckkraft auf die zweite Druckkraft (P2) erhöht.
Wenn die Druckkraft erhöht ist, nimmt die plastische Fließmenge der Aluminiumlegierung zu und die Menge der hinaus gedrückten eutektischen Legierung nimmt auch zu. Im Ergebnis wird eine eutektischen Legierung, die aus einer Kupfer- Aluminiumlegierung besteht, in dem Teil des Kontaktbereiches, in dem die eutektische Reaktion nicht aufgetreten ist, zusätzlich erzeugt. Das obige Phänomen wird wiederholt und die eutektische Legierungsschicht wird in die flüssige Phase umgewandelt und eine zusätzliche Menge wird aus dem Kontaktbereich hinaus gedrückt. Zusammen mit dem obigen Verfahren wird auch der Bereich in der Grenzoberfläche zwischen der eisen- basierten gesinterten Legierung des ringförmigen Teiles (21) und der Aluminiumlegierung, in der die wechselseitige Diffusion von Atomen auftritt, breiter gemacht.
Nach dem Drücken mit der zweiten Druckkraft (P2), zu der Zeit (T4) in Fig. 6, wird der Stromwert einmal auf nahezu Null vermindert und wieder auf den vorherigen Wert erhöht. Durch diese zeitweilige Verminderung in dem Stromwert wird die Wärmeerzeugung zeitweilig eingeschränkt, das entfernen der eutektischen Legierung und des plastischen Flusses sind zeitweilig eingeschränkt und die Geschwindigkeit vom Erhöhen des Einsinkbetrages des Ventilsitzteiles (20) ist zeitweilig vermindert, wie in Fig. 6 gezeigt. Die zeitweilige Verminderung in dem Stromwert wird vorgenommen, um unerwünschtes Schmelzen der Aluminiumlegierung durch die Hitze zu verhindern.
Nachdem der Stromwert auf den vorherigen Wert, wie oben beschrieben, angehoben ist, wird er allmählich auf Null von der Zeit (T5) bis zur Zeit (T6) vermindert. Die obige Reaktion tritt selbstverständlich auf, während der Strom gerade fließt. Jedoch selbst nachdem der Strom gestoppt ist, bis sich die Temperatur absenkt, so daß die obige Reaktion unmöglich wird, setzt sich die obige Reaktion fort, und das obige Phänomen der Herstellung der eutektischen Legierung, Umwandlung in die flüssige Phase und Entfernen des plastischen Flusses treten zusammen mit dem Phänomen der wechselseitigen Atomdiffusion zwischen der eisenbasierten Legierung und der Aluminiumlegierung auf, während das Ventilsitzteil (20) fortfährt zu sinken, und abschließend in dem Zylinderkopfkörper (1), wie in Fig. 9 gezeigt, eingebettet ist.
Wenn das Anwachsen in dem Einsinkbetrag nahezu zu der Zeit (T7) in Fig. 6 anhält, wird das Drücken mit der Zylindervorrichtung (28) angehalten, die Endposition der oberen Platte (27) wird durch den Laserabstandsmesser (30) aus dem Abstand zwischen dem Laserabstandsmesser (30) und dem Reflektorteil (29) erhalten, und die obere Platte wird angehoben, um den Zylinderkopfkörper (11) aus der Presse (24) zu entfernen. Übrigens werden der durchschnittliche Stromwert und die Gesamt- Energiezuführungszeit durch das Ende des gesamten Verfahrens erhalten.
Als nächstes wird der Einsinkbetrag des Ventilsitzteiles (20) durch Berechnen des Höhenunterschiedes zwischen der Absenk- Startposition und der Endposition der oberen Platte (27) erhalten. Falls der Betrag nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches (D) in Fig. 6 ist, wird das Verbinden als inakzeptabel bestimmt. Der zulässige Bereich (D) in diesem Ausführungsbeispiel ist ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 2 mm. Während sich der Bereich (D) mit dem Material des Zylinderkopfkörpers (11) ändert, wird ein Bereich von ungefähr 1 mm bis zu 1,5 mm bevorzugt.
Die abschließende Verarbeitung des Zylinderkopfes wird durch Entfernen eines unnötigen Teiles von dem Zylinderkopfkörper (11) in Fig. 9, zu dem das Ventilsitzteil (20) verbunden worden ist, z. B. durch Schleifen, wie in Fig. 10 gezeigt, ausgeführt. Durch die abschließende Verarbeitung sind der unnötige Teil des ringförmigen Körpers (21) und der Kupferüberzug (22) entfernt und ein Ventilsitz (19) wird erhalten, der mit dem Zylinderkopfkörper (11) durch die Atomdiffusion, wie in Fig. 10 mit einem Symbol (C) gezeigt, verbunden ist. Hier ist die Zusammensetzung derart, daß eine Beziehung D < Do < D hält, bei der angenommen wird, daß (Do) der Außendurchmesser des Ventilsitzes (19), und (D) der Außendurchmesser des Einlaßventiles (17) oder des Auslaßventiles (18) ist.

(3) Wirkung der Erfindung

In dem Zylinderkopf der obigen Zusammensetzung sind der Ventilsitz (19) und der Zylinderkopfkörper (11) durch Diffusion der Atome ohne Spalt fest miteinander verbunden. Deshalb ist der Wärmewiderstand der zwei Teile klein und die Kühlleistung des Zylinderkopfes ist verbessert. Außerdem, wie oben beschrieben, da der Zylinderkopfkörper (11) während des Herstellungsverfahrens nicht schmilzt, werden während der Erstarrung keine Blasenlöcher oder Schrumpfporen erzeugt. Insbesondere mit dieser Erfindung, da der herausragende Bereich des Ventilsitzes (19) durch die numerischen Grenzen, wie oben beschrieben, befestigt ist, wird der Ventilsitz am Deformiert- oder Beschädigtwerden, oder Einsinken in den Zylinderkopfkörper (11), bei wiederholten Schlagen der einlaß- oder Auslaßventile (17, 18) bei hohen Temperaturen, gehindert. Überdies kann die Preßkraft eingeschränkt werden, wenn das Ventilsitz- Grundmaterial (20) erwärmt und gegen den Zylinderkopfkörper (11) gepreßt wird.

B. Zweites Ausführungsbeispiel

Als nächste wird das zweite Ausführungsbeispiel in Bezug auf Fig. 11 beschrieben. Fig. 11 zeigt einen Einlaßkanal (13) und einen Auslaßkanal (14), wenn von der Brennkammerseite gesehen. Die Figuren zeigen auch eine Zündkerzen- Befestigungsbohrung (8), eine Kühlmittel- Kreislaufbohrung (10) und eine Bohrung (11b) zum Befestigen eines Zylinderkopfkörpers mit einem Motorkörper (nicht gezeigt). Die Temperatur des schraffierten Bereiches um den Auslaßkanal (14) wird hoch. Da jedoch der Auslaßkanal (14) im Innendurchmesser kleiner ist, als der Einlaßkanal (13), kann der Abstand zwischen den Auslaßkanälen (14) größer gemacht werden, als der Abstand zwischen den Einlaßkanälen (13) und deshalb kann zumindest eine der drei unten aufgezählten Zusammensetzungen ausgeführt werden, um die Auslaßkanal- (14) seite des Zylinderkopfkörpers (11) zu verstärken.
(1) Bezugnehmend auf die Fig. 14(A) und 14(C) ist die Breite (W) des Ventilsitzes (19) des Auslaßkanales (14), wenn in der Richtung allgemein senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) gesehen, größer als die Breite der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) des Einlaßkanales (13). Dies vermindert den Oberflächendruck, wenn der Ventilsitz (19) den Zylinderkopfkörper (11) drückt und schränkt den plastischen Fluß des Grundmateriales des Zylinderkopfkörpers (11) ein.
(2) Bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10 ist die Einsinktiefe des Auslaßkanales (14), wenn das Ventilsitz- Grundmaterial (20) erwärmt und gegen den Zylinderkopfkörper (11) wird, größer als die Einsinktiefe des Ventilsitz- Grundmateriales (20) des Einlaßkanales (13). Die erhöht den vorspringenden Bereich des Ventilsitzes (19) nach dem Bilden.
(3) Bezugnehmend auf die Fig. 14(A) ist die Dicke (T) des Auslaßkanales (14) in der Richtung allgemein senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) dicker als die Dicke des Ventilsitzes (19) des Einlaßkanales (13). Dies sichert die Steifigkeit des Ventilsitzes (19) und verhindert ihn vor dem Verformt- oder Beschädigtwerden.

C. Drittes Ausführungsbeispiel

Als nächstes, bezugnehmend auf die Fig. 15, wird das dritte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. In dem in den Fig. 15(A) und 15(B) gezeigten Zylinderkopf, ist der Neigungswinkel (θ) zwischen der Umfangsoberfläche (20a) und der Grundfläche (20b) des Ventilsitzes (19) 120º oder größer gemacht, so daß die Maximalbeanspruchung, übertragen durch den Ventilsitz (19) auf den Zylinderkopfkörper (11), eingeschränkt ist. Noch genauer, in dem in Fig. 15(A) gezeigten Zylinderkopf, ist der Winkel (a) zwischen der Grundfläche (20b) des Ventilsitzes (19) und einer Ebene senkrecht zu der Achse der Kanalöffnung (13a) oder (14a) auf 30º festgelegt, und der Winkel (β) zwischen der Umfangsoberfläche (20a) des Ventilsitzes (19) und der senkrechten Linie der vorerwähnten Ebene ist auf 15º festgelegt, so daß der Neigungswinkel (θ) auf 135º festgelegt ist. In dem in Fig. 15(B) gezeigten Zylinderkopf, sind die Winkel als α = 30º, β = 30º und θ = 150º festgelegt.
In dem in Fig. 15(C) gezeigten Zylinderkopf, ist die Grundfläche (20b) des Ventilsitzes (19) bei rechten Winkeln zu der Achse der Kanalöffnung (13a) oder (14a), und der Winkel (a) ist auf 0º festgelegt. Im Ergebnis wird eine Kompressionskraft nur auf den Verbindungsabschnitt ausgeübt, der bei rechten Winkeln zu der Achse ist, die Scherkraft auf den Verbindungsabschnitt ist vermindert und plastisches Fließen der Aluminiumlegierung wird vermindert. Übrigens sind in diesem Ausführungsbeispiel die Winkel als β = 15º und θ = 105º festgelegt.

D. Viertes Ausführungsbeispiel

Als nächstes, bezugnehmend auf die Fig. 16 und 17, wird das vierte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Das Merkmal des vierten Ausführungsbeispieles ist, daß die Achse (Oα) des Innenkreises (19a), das den Innendurchmesser des Ventilsitzes (19) bildet, von der Achse (Ob) des Außenkreises (19b), der den Außendurchmesser des Ventilsitzes (19) verschoben ist. Wie in Fig. 16 gezeigt, wenn die Einlaß- und Auslaßkanäle (13, 14) nahe zueinander platziert sind, wird die Temperatur des Ventilsitzes (19) und seiner Umgebung auf der Seite höher, die dem gegenüberliegenden Kanal (13 oder 14) zugewandt ist. Deshalb ist der vorspringende Bereich vom Teil des Ventilsitzes (19) auf der dem Kanal gegenüberliegenden Kanal- (13 oder 14) seite erhöht, um den Oberflächendruck, verursacht durch Kompressionskraft auf den Zylinderkopfkörper, zu vermindern. Dies bedeutet, da der Oberflächendruck in dem Teil, das eine höhere Temperatur erreicht, vermindert wird, wird der Zylinderkopfkörper (11) an dem Verformtwerden gehindert. Um die Achse (Oα) des Innenkreises (19a), von der Achse (Ob) des Außenkreises zu verschieben, können jene Achsen während des parallel Zueinanderbleibens voneinander verschoben werden (bezieht sich auf Fig. 17 (A)), oder können relativ zueinander geneigt werden (bezieht sich auf Fig. 17 (B)).

F. Sechstes Ausführungsbeispiel

Fig. 18 zeigt das sechste Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Diese Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (20b) und die Umfangsoberfläche (20a) des Ventilsitzes (19) mit erhöhte Streifen (19c) gebildet sind. Während der in der Zeichnung gezeigte erhöhte Streifen (19c) über den gesamten Umfang in einer einzigen Position erstreckt, kann er in mehreren Positionen vorgesehen sein. Die Fig. 18(A) bis 18(C) zeigen verschiedene Positionsfestlegungen der erhöhten Streifen (19c). Die Fig. 18(D) bis 18(E) zeigen Beispiele der in mehreren Positionen geschaffenen erhöhten Streifen. Mit diesen Ausführungsbeispielen, da das plastische Fließen der Aluminiumlegierung in der Abscherrichtung durch die erhöhten Streifen (19c) verhindert wird, wird der Ventilsitz (19) vor dem Einsinken gehindert.

C. Siebentes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 19(A) bis 19(E) zeigen Beispiele, in denen eine verstärkte Textur zwischen den Ventilsitz (19) und dem Zylinderkopfkörper (11) eingebracht ist. In dem vorher beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist das Ventilsitz- Grundmaterial (20) mit Kupfer schmelz- imprägniert und mit einem Kupferfilm (22) versehen. Der Kupferfilm (22) reagiert mit der Aluminiumlegierung des Zylinderkopfkörpers (11), um eine eutektische Legierung zu bilden, die einen Schmelzpunkt niedriger als jenen von reinen Kupfer hat, und die eutektische Legierung geht in eine flüssige Phase durch die vorher beschriebene Widerstandserwärmung über. Die verflüssigte eutektische Legierung wird durch den Kontaktabschnitt zusammen mit dem plastischen Fluß der Aluminiumlegierung, die den Zylinderkopfkörper (11) bildet, ausgestoßen.
Das in Fig. 19(A) gezeigte Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die eutektische Legierung vor dem Ausgestoßenwerden gehindert wird, um als Ergebnis des Erwärmungsverfahrens in dem Verbindungsabschnitt zu verbleiben. Mit solch einem Aufbau wird ein Ventilsitz (50) erhalten, der eine höhere Festigkeit hat, als jener der Aluminiumlegierung, die den Zylinderkopfkörper (11) bildet, und der Widerstand gegen Verformung und Kriechfestigkeit des Ventilsitzes (19) wird erhöht. Übrigens kann der Kupferfilm (22) mit Plattieren von Zn, Sn, Ag oder Al- Si- Legierung ersetzt werden.
Fig. 19(C) zeigt ein Beispiel, in dem ein Metall zum Imprägnieren des Ventilsitz- Grundmateriales (20) oder Metall zum Imprägnieren seiner Oberfläche (diese Metalle sind hiernach "Einlagematerialien" genannt) in die Aluminiumlegierung des Zylinderkopfkörpers (11) diffundiert ist. Mit diesem Beispiel, da eine gehärtete Festkörperlösung- Texturschicht (51) um den Verbindungsabschnitt gebildet ist, wird dieselbe Wirkung, wie oben beschrieben, erhalten Wie in Fig. 19(B) gezeigt, ist es auch möglich, eine Festkörperlösung- Texturschicht (52), in der das Einlagematerial in ungleicher Tiefe diffundiert ist, zu bilden. Außerdem kann in Beispielen, gezeigt in den Fig. 19(B) und 19(C), eine intermetallische Verbindung des Einlagemateriales und der Aluminiumlegierung in dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Ventilsitz (19) und dem Zylinderkopfkörper (11) gebildet werden. Diese schränkt den plastische Fluß in der Abscherrichtung des Verbindungsabschnitte der Aluminiumlegierung ein.
Fig. 19(D) zeigt ein Beispiel, in dem eine dünne Texturschicht (53) durch Herstellen einer dünnen Textur um den Verbindungsabschnitt zwischen dem Ventilsitz (19) und dem Zylinderkopfkörper (11) gebildet ist. Fig. 19(E) zeigt ein Beispiel, in dem eine Ablagerung verstärkter Texturschicht (54) durch Verursachen einer Verbindung, um abzulagern und zu diffundieren; oder durch Implantieren, Metalldiffundieren und Erstarren von Ionen von Fe oder Ni in der Textur, gebildet ist. Fig. 19(F) zeigt ein Beispiel, in dem eine Verbund- Texturschicht (55) durch Dispergieren metallischer Teilchen und fasern in der Textur gebildet ist. Wenn eine Zusammensetzung hergestellt ist, um abzulagern, kann der Korngrenzenschlupf in der Textur durch Hervorrufen der Zusammensetzung, um auf der Kristallkorngrenze abzulagern, eingeschränkt werden.

H. Achtes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 19(G) bis 19(I) zeigen das achte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung mit drei Beispielen, in denen ein Flanschabschnitt (60 oder 61) auf der gesamten Umfangskante des Ventilsitzes (19) gebildet ist, so daß der vorspringende Bereich des Ventilsitzes (19) zunimmt und daß der Oberflächendruck infolge der auf den Zylinderkopfkörper (11) übertragenen Kompressionskraft vermindert wird und die Menge der Wärme aus dem Hochtemperaturgas auf den Zylinderkopfkörper (11) wird durch Abdecken des Zylinderkopfkörpers (11) ist eingeschränkt.

1. Modifizierte Beispiele

Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann, wie nachstehend beschrieben, auf verschiedene Weise modifiziert werden.
(1) In dem ersten Ausführungsbeispiel kann der plastische Fluß der Aluminiumlegierung um den Verbindungsabschnitt, durch Schaffen der Oberflächenrauhigkeit (Ra) auf der Verbindungsabschnittseite des Ventilssitzes (19) 10 oder größer, eingeschränkt werden.
(2) Wenn der Zylinderkopfkörper (11) durch Gießen hergestellt ist, kann Strontium als ein Verbesserungsbehandlungsmaterial verwendet werden, so daß der Verformungswiderstand und die Kriechfestigkeit der Aluminiumlegierung erhöht werden.
(3) Diese Erfindung kann auf nahezu jede Art von Motoren für Automobile und Motorrädern verwendet werden.
Entsprechend der vorerwähnten Erfindung, da der vorspringende Bereich des Ventilsitzes befestigt ist, ist der auf den Zylinderkopfkörper ausgeübte Oberflächendruck, verursacht durch die Kompressionskraft, wenn das Ventil den Ventilsitz trifft, eingeschränkt.
Da nur die von höheren Temperaturen betroffene Auslaßkanalseite des Ventilsitzes verstärkt ist, wird der plastische Fluß der Aluminiumlegierung in dem Verbindungsabschnitt, während des Einschränkens der Zunahme in den Kosten, eingeschränkt. Außerdem, da die Steifigkeit des Ventilsitzes verstärkt ist, ist der Ventilsitz an dem Verformt- oder Beschädigtwerden gehindert.
Da die Achse des Innenkreises, der den Innendurchmesser des Ventilsitzes bildet, von der Achse des Außenkreises, der den Außendurchmesser des Ventilsitzes bildet, verschoben ist, um die Breite des Ventilsitzes in Draufsicht zu verändern, kann der breitere Wandabschnitt des Ventilsitzes in der von höheren Temperaturen betroffenen Position angeordnet werden, so daß der vorspringende Bereich der erforderlichen Position in dem Ventilsitz befestigt ist und der Oberflächendruck, verursacht durch die auf den Zylinderkopfkörper ausgeübte Kompressionskraft, vermindert ist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Ventilsitzes innerhalb einer Zylinderkopfeinheit, die einen Zylinderkopfkörper einer Brennkraftmaschine hat, mit den Schritten von:

(a) Platzieren eines Ventilsitzteiles (20) auf der Oberfläche einer Öffnung innerhalb des Zylinderkopfkörpers (11),

(b) Pressen des Ventilsitzteiles (20) gegen den Zylinderkopfkörper (11) und dann Anlegen einer Spannung zwischen den angrenzenden Oberflächen des Ventilsitzteiles (20) und des Zylinderkopfkörpers (11), so daß das Ventilsitzteil (20) und der Zylinderkopfkörper (11) miteinander metallurgisch haftverbunden sind, und

(c) Anwenden einer Endbehandlung auf die haftverbundenen Stücke, so daß die folgende Ungleichung erfüllt wird:

D < Do < Dc

wo D der Außendurchmesser des jeweiligen Einlaß- oder Auslaßventiles (17, 18) ist, die in Kontakt mit den jeweiligen Ventilsitzen (19) kommen, Do ist der Außendurchmesser des jeweiligen Ventilsitzes (19), und Dc ist der Durchmesser der Einlaß- oder Auslaßkanalöffnungen (13a, 14a), benachbart der Brennkammer (12).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Ungleichung erfüllt wird:

D < Do < Do < D + 5 mm < Dc.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position für die Ventilsitzteile (20) von der axialen Richtung (C) der Ventilführungsbohrungen (11a) abhängt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilführungen (15, 16) in die jeweiligen Ventilführungsbohrungen (11a) vor oder nach dem Haftverbindungsverfahren der Ventilsitzteile (20) eingesetzt werden.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das metallurgische Haftverbinden der Ventilteile (20) aufweist:

(a) Platzieren eines Ventilsitzteiles (20) auf der Oberfläche der Öffnungen (13a, 14a) des Zylinderkopfkörpers (11), und

(b) Drücken einer Elektrode (33) gegen die dem Zylinderkopfkörper (11) gegenüberliegende Endfläche des Ventilsitzgrundmateriales (20), mit einer Drückrichtung, übereinstimmend mit einer Achse (C) des Einlaß- oder Auslaßventiles (17, 18), wobei die Elektrode (33) vorgesehen ist, um Elektrizität an den Zylinderkopfkörper (11) durch das Ventilsitzteil (20) anzulegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Vorschieben einer Führungsstange (32), koaxial mit der Elektrode (33) ausgerichtet, so daß die Führungsstange (32) in die Führungsbohrung (11a) eintritt und gleichzeitig die Elektrode zum Übereinstimmen der Druckrichtung mit der Achse (C) des Ventiles (17, 18) führt, wobei die Führungsstange (32) befestigt ist an oder getrennt von der Elektrode (33) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Elektrode oder der Zylinderkopfkörper (11), oder beide, in Richtung zueinander bewegt werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Preßkraft und/oder die Elektrizität entsprechend eines vorbestimmten Musters angewandt werden.

9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (a) sich das Ventilsitzteil (20) und die Öffnung (13a, 14a) entlang einer Umfangslinie berühren und daß diese Kontaktlinie durch einen konvexen Abschnitt (20c) des Ventilsitzgrundmateriales (20) und/oder einem erhabenen Abschnitt (23) der Öffnung (13a, 14a) geschaffen ist.

10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß während Schritt (a) die Elektrode das Ventilsitzteil (20) zum Platzieren des Ventilsitzteiles (20) auf der Oberfläche der Ventilöffnung (13a, 14a) magnetisch anzieht.

11. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster für die Preßkraft eine erste Preßkraft (P1) aufweist, die in einer frühen Stufe des Haftverbindungsverfahrens angewandt wird, und dann eine zweite Druckkraft (P2), die mit einem bestimmten höheren Wert, bis das Haftverbinden abgeschlossen ist, angewandt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster der angelegten Elektrizität beginnt, wenn eine Zeit nach Anwendung der ersten Druckkraft (P1) verstrichen ist, wodurch sich der Wert der Elektrizität zuerst erhöht, dann auf nahe Null vermindert und danach, bevor auf Null reduziert, erhöht sich dieser wieder, während die zweite Druckkraft (P2) noch angewandt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckkraft (P2) angewandt wird, wenn es erkannt wird, daß das Ventilsitzteil (20) begonnen hat zu sinken.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Sinkens des Ventilsitzteiles (20) in die Öffnung (13a, 14a) kontinuierlich während des gesamten Haftverbindungsverfahrens gemessen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß des Sinkens des Ventilsitzteiles (20) in die Öffnung (13a, 14a) insbesondere auf der Grundlage des gemessenen Einsinkwertes gesteuert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilsitzteil (20) aus einer Fe- basierten Sinterlegierung hergestellt ist, die mit einem Überzug (22) eines Metalles oder einer Metalllegierung versehen ist, in der Lage, eine eutektische Legierung mit dem Zylinderkopfkörper (11) zu bilden.

17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Zylinderkopfkörpers (11) eine Al- Si- Mg- basierte Aluminiumlegierung ist und daß das Metall des Ventilsitzes (19) eine eisen- basierte gesinterte Legierung ist, die schmelz- imprägniertes Kupfer enthält.

18. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Auslaßkanalöffnung (14a) kleiner als der Durchmesser der Einlaßkanalöffnung (13a) ist.

19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite (W) des Ventilsitzes (19) der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Breite der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) der Einlaßkanalöffnung (13a) ist, wenn in einer Richtung allgemein senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) gesehen.

20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einsinktiefe des Ventilsitzes (19) an der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Einsinktiefe des Ventilsitzes (19) der Einlaßkanalöffnung (13a) ist.

21. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke (T) des Ventilsitzes (19) an der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Dicke (T) des Ventilsitzes (19) an der Einlaßkanalöffnung (13a) ist, wenn in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Sitzoberfläche gesehen.

22. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (19) eine Umfangsfläche (20a), jeweils der Einlaß- oder der Auslaßkanalöffnung (13a, 14a) zugewandt, und eine Grundfläche (20b), verbunden mit der Umfangsoberfläche (20a) aufweist, die einen ersten Neigungswinkel (8) zwischen beiden Oberflächen (20a, 20b) bestimmt, der innerhalb eines Bereiches von 100º-160º festgelegt ist, daß ein zweiter Winkel (a) zwischen der Grundfläche (20b) und einer Ebene senkrecht zu der Achse der jeweiligen Öffnung der Einlaß- und der Auslaßkanalöffnungen (13a, 14a) innerhalb eines Bereiches von 0º-30º festgelegt ist, und daß ein dritter Winkel (β) zwischen der Umfangsoberfläche (20a) und der senkrechten Ebene innerhalb eines Bereiches von 15º-30º festgelegt ist.

23. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Achse (Oa) des Innenkreises (19a), die den Innendurchmesser des Ventilsitzes (19) bildet, in Richtung der Umfangskante der Brennkammer (12) von einer Achse (Ob) des Außenkreises (19b), die den Außendurchmesser des Ventilsitzes (19) bildet, verlagert ist.

24. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umfangsoberfläche (20a) des Ventilsitzes (19), die jeweils der Einlaß- oder der Auslaßkanalöffnung (13a, 14a) zugewandt ist, benachbart der Brennkammer (12) und/oder eine Grundfläche (20b) des Ventilsitzes (19), verbunden mit der Umfangsoberfläche (20a), mit zumindest einem erhabenen Streifen (19c) versehen ist, die sich über den gesamte Kreisumfang des Ventilsitzes (19) erstreckt.

25. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet, durch eine verstärkte Textur, eingesetzt zwischen den Ventilsitz (19) und dem Zylinderkopfkörper (11).

26. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Umfangskanten des Ventilsitzes (19) mit Flanschabschnitten (60, 61) versehen sind.

27. Zylinderkopfeinheit für eine Brennkraftmaschine, mit einem Zylinderkopfkörper (11), einem Lufteinlaßsystem, das in Verbindung mit einer Brennkammer (12) bei einer Einlaßkanalöffnung (13a) ist, einem Auslaßsystem, das in Verbindung mit der Brennkammer (11) bei einer Auslaßkanalöffnung (14a) ist, wobei die Einlaß- und die Auslaßkanalöffnungen (13a, 14a) durch jeweilige Einlaß- und Auslaßventile (17, 18), geführt durch jeweilige Ventilführungen (11a), aufgenommen in jeweiligen Ventilführungsbohrungen (11c) betätigbar sind, und Ventilsitzen (19), vorgesehen an den Einlaß- und Auslaßöffnungen (13a, 14a), wobei die Ventilsitze (19) mit dem Zylinderkopfkörper (11) metallurgisch haftverbunden sind und die folgende Ungleichung erfüllt wird:

D < DO < Dc

in der D der Außendurchmesser des jeweiligen Einlaß- und Auslaßventiles (17, 18) ist, die mit den jeweiligen Ventilsitzen (19) in Kontakt kommen, DO ist der Außendurchmesser der jeweiligen Ventilsitze (19) und Dc ist der Durchmesser der Einlaß- und Auslaßkanalöffnungen (13a, 14a), benachbart der Brennkammer (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilsitze (19) elektro- metallurgisch haftverbundenen mit dem Zylinderkopfkörper (11) durch darauf Anlegen einer Spannung an diesen, und eine Umfangsoberfläche (20a) des elektro- metallurgisch haftverbundenen Ventilsitzes (19), jeweils der Einlaß- und Auslaßkanalöffnung (13a, 14a) zugewandt, benachbart der Brennkammer (12) und/oder einer Grundfläche (20b) des elektro- metallurgisch haftverbundenen Ventilsitzes (19), verbunden mit der Umfangsoberfläche (20a), mit zumindest einem höheren Streifen (19c) versehen ist, die sich über den gesamte Umfang des elektro- metallurgisch haftverbundenen Ventilsitzes (19) erstreckt.

28. Zylinderkopfeinheit nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Ungleichung erfüllt wird:

D < DO < D + 5 mm < Dc

29. Zylinderkopfeinheit nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Zylinderkopfkörpers (11) eine Al- Si- Mg- basierte Aluminiumlegierung ist und daß das Metall des Ventilsitzes (19) eine eisen- basierte gesinterte Legierung ist, die metall- imprägniertes Kupfer enthält.

30. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Auslaßkanalöffnung (14a) kleiner als der Durchmesser der Einlaßkanalöffnung (13a) ist.

31. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Breite (W) des Ventilsitzes (19) an der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Breite der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) an der Einlaßkanalöffnung (13a) ist, gesehen in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19).

32. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einsinktiefe des Ventilsitzes (19) an der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Einsinktiefe des Ventilsitzes (19) an der Einlaßkanalöffnung (13a) ist.

33. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dicke (T) des Ventilsitzes (19) an der Auslaßkanalöffnung (14a) größer als die Dicke (T) des Ventilsitzes (19) der Einlaßkanalöffnung (13a) ist, wenn in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Sitzoberfläche des Ventilsitzes (19) gesehen.

34. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (19) eine Umfangsoberfläche (20a) aufweist, jeweils der Einlaß- oder der Auslaßkanalöffnung (13a, 14a) zugewandt und eine Grundfläche (20b), verbunden mit der Umfangsoberfläche (20a), die einen ersten Neigungswinkel (θ) zwischen beiden Oberflächen (20a, 20b) bildet, der innerhalb eines Bereiches von 100º-160º festgelegt ist, daß ein zweiter Winkel (a) zwischen der Grundfläche (20b) und einer Ebene senkrecht der Achse der jeweiligen Öffnung der Einlaß- und Auslaßkanalöffnungen (13a, 14a) innerhalb eines Bereiches von 0º- 30º festgelegt ist, und daß ein dritter Winkel (β) zwischen der Umfangsoberfläche (20a) und der senkrechten Ebene innerhalb eines Bereiches von 15º-30º festgelegt ist.

35. Zylinderkopfeinheit nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Achse (Oa) des Innenkreises (19a), der den Innendurchmesser des Ventilsitzes (19) bildet, in Richtung der Umfangskante der Brennkammer (12) von einer Achse (Ob) des Außenkreises (19b), der den Außendurchmesser des Ventilsitzes (19) bildet, verlagert ist.