DE102019115844A1 - Cylinder head arrangement with a hybrid valve seat insert - Google Patents

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Abstract

Eine Zylinderkopfanordnung für einen Verbrennungsmotor beinhaltet einen Hauptkörper, einen Ventilsitz-Einsatz und mindestens einen Strömungskanal, der sich durch den Hauptkörper erstreckt. Der Hauptkörper kann aus einem ersten Material gebildet werden und definiert eine Aussparung, die eingerichtet ist, um mit einer zugehörigen Zylinderbohrung und einem Kolben zusammenzuwirken und eine Brennkammer zu bilden. Der Strömungskanal kann sich von der Aussparung aus durch den Hauptkörper erstrecken. Der Ventilsitz-Einsatz kann innerhalb der Aussparung in der Nähe eines Endes des Strömungskanals angeordnet werden. Der Ventilsitz-Einsatz beinhaltet eine wärmeleitende Schicht aus Metallpulver mit einer Oberseite, die angrenzend an den Hauptkörper angeordnet ist, eine Härteschicht aus Metallpulver und eine Bearbeitungsschicht aus Metallpulver.A cylinder head assembly for an internal combustion engine includes a main body, a valve seat insert, and at least one flow channel that extends through the main body. The main body can be formed from a first material and defines a recess that is configured to cooperate with an associated cylinder bore and a piston and to form a combustion chamber. The flow channel can extend from the recess through the main body. The valve seat insert can be located within the recess near one end of the flow channel. The valve seat insert includes a thermally conductive layer of metal powder with an upper surface located adjacent to the main body, a hard layer of metal powder, and a processing layer of metal powder.

Description

TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL PART

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Zylinderkopfanordnung, wobei der Ventilsitz-Einsatz aus mindestens drei Schichten aus unterschiedlichem Material gebildet ist.The present disclosure relates to a cylinder head assembly, wherein the valve seat insert is formed from at least three layers of different materials.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Verschleißfestigkeit ist eine der wichtigsten Anforderungen an Ventilsitz-Einsätze für Verbrennungsmotoren. Um eine Kombination aus guter Wärme- und Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit bei gleichzeitiger Verschleißfestigkeit zu erreichen, wurden Auslassventilsitz-Einsätze als Metallgusslegierung geformt. Gusslegierungen werden im Allgemeinen gegenüber anderen Materialien bevorzugt, da Ventilsitz-Einsätze für Verbrennungsmotoren eine hohe Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen über einen längeren Zeitraum aufweisen müssen. Daher ist es wünschenswert, dass der Ventilsitz-Einsatz eine hohe Härte aufweist, die unter anderem eine hohe Kriechfestigkeit und eine hohe thermische Dauerfestigkeit auch bei wiederholter Stoßbelastung bei erhöhten Temperaturen beinhaltet.Wear resistance is one of the most important requirements for valve seat inserts for internal combustion engines. In order to achieve a combination of good heat and corrosion resistance and machinability with wear resistance at the same time, exhaust valve seat inserts were molded as a cast metal alloy. Cast alloys are generally preferred over other materials because valve seat inserts for internal combustion engines must have high wear resistance at elevated temperatures over a long period of time. Therefore, it is desirable that the valve seat insert has a high hardness, which includes, among other things, a high creep resistance and a high thermal fatigue strength even with repeated shock loads at elevated temperatures.

Ventilsitz-Einsätze können aus Metallpulver geformt werden, da Metallpulver eine geringe Kompressibilität aufweist. Daher werden Verfahren wie Doppelpressen, Doppelsintern und Hochtemperatursintern eingesetzt, um eine gewünschte Dichte zu erreichen. Dementsprechend besteht ein Ventilsitz im Allgemeinen aus einem anderen und härteren Metall als der Zylinderkopf selbst, um eine hohe Abriebfestigkeit, eine hohe Hitzebeständigkeit und eine sichere Abdichtung zu ermöglichen. Bei der Bearbeitung nach dem Einsetzen des Ventilsitzes in die Zylinderkopfeinheit ist es daher sehr schwierig, mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten und zu veredeln, da das Material, aus dem der Ventilsitz-Einsatz gebildet wird, eine hohe Härte aufweist.Valve seat inserts can be molded from metal powder because metal powder has low compressibility. Therefore, processes such as double presses, double sintering and high-temperature sintering are used to achieve a desired density. Accordingly, a valve seat is generally made of a different and harder metal than the cylinder head itself in order to enable high abrasion resistance, high heat resistance and a secure seal. When machining after inserting the valve seat in the cylinder head unit, it is therefore very difficult to process and refine with high accuracy, since the material from which the valve seat insert is formed has a high hardness.

Es versteht sich, dass ein herkömmlicher Ventilsitz zuerst in den Zylinderkopf oder Motorblock eingesetzt wird, wobei der Ventilsitz in den Zylinderkopf unter Verwendung eines Presspassung zur formschlüssigen Rückhaltung eingebaut wird. Sobald der Ventilsitz-Einsatz richtig im Zylinderkopf positioniert ist, wird er fertig bearbeitet, um die gewünschte Einsatzhöhe zu erreichen.It goes without saying that a conventional valve seat is first inserted into the cylinder head or engine block, the valve seat being installed in the cylinder head using a press fit for positive retention. As soon as the valve seat insert is correctly positioned in the cylinder head, it is finished to achieve the desired insert height.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die vorliegende Offenbarung sieht eine Zylinderkopfanordnung für einen Verbrennungsmotor vor, wobei die Zylinderkopfanordnung einen Hauptkörper, einen Ventilsitz-Einsatz und mindestens einen sich durch den Hauptkörper erstreckenden Strömungskanal beinhaltet. Der Hauptkörper kann aus einem ersten Material gebildet werden und definiert eine Aussparung, die eingerichtet ist, um mit einer zugehörigen Zylinderbohrung und einem Kolben zusammenzuwirken und eine Brennkammer zu bilden. Von der Aussparung aus kann sich ein Strömungskanal durch den Hauptkörper erstrecken. Der Ventilsitz-Einsatz kann innerhalb der Aussparung in der Nähe eines Endes des Strömungskanals angeordnet werden. Der Ventilsitz-Einsatz kann eine gesinterte Komponente sein, die eine wärmeleitende Schicht aus Metallpulver mit einer ersten Seite, die angrenzend an den Hauptkörper angeordnet ist, eine Härteschicht aus Metallpulver und eine Bearbeitungsschicht aus Metallpulver beinhaltet. Die im Ventilsitz-Einsatz vorgesehene Bearbeitungsschicht aus Metallpulver weist eine zweite Seite auf, die der zugehörigen Zylinderbohrung und dem Kolben ausgesetzt ist.The present disclosure provides a cylinder head assembly for an internal combustion engine, the cylinder head assembly including a main body, a valve seat insert, and at least one flow passage extending through the main body. The main body can be formed from a first material and defines a recess that is configured to cooperate with an associated cylinder bore and a piston and to form a combustion chamber. A flow channel can extend from the recess through the main body. The valve seat insert can be located within the recess near one end of the flow channel. The valve seat insert may be a sintered component that includes a thermally conductive layer of metal powder with a first side disposed adjacent the main body, a hard layer of metal powder, and a processing layer of metal powder. The metal powder processing layer provided in the valve seat insert has a second side that is exposed to the associated cylinder bore and the piston.

Die wärmeleitende Schicht aus Metallpulver kann, aber nicht unbedingt, eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer als etwa 350 W/(m-K) ist. Die Härteschicht aus Metallpulver kann, muss aber nicht unbedingt, eine Härte aufweisen, die größer als etwa Rc 35 ist. Die Bearbeitungsschicht aus Metallpulver kann, muss aber nicht unbedingt, aber nicht ausschließlich, Stahllegierungen beinhalten. Es versteht sich, dass die Härteschicht aus Metallpulver zwischen der Bearbeitungsschicht aus Metallpulver und der wärmeleitenden Schicht aus Metallpulver angeordnet werden kann.The heat conductive layer of metal powder may, but not necessarily, have a thermal conductivity greater than about 350 W / (m-K). The metal powder hardness layer may, but need not, have a hardness greater than about Rc 35. The processing layer made of metal powder can, but need not necessarily, but not exclusively, contain steel alloys. It goes without saying that the hard layer made of metal powder can be arranged between the processing layer made of metal powder and the heat-conducting layer made of metal powder.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können ein erster Übergangsbereich und ein zweiter Übergangsbereich weiterhin in den Ventilsitz-Einsatz einbezogen werden. Der erste Übergangsbereich kann zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Härteschicht aus Metallpulver definiert werden, während der zweite Übergangsbereich zwischen der Härteschicht aus Metallpulver und der Bearbeitungsschicht aus Metallpulver definiert werden kann. Der erste Übergangsbereich beinhaltet eine erste Mischung aus Metallpulver aus der wärmeleitenden Schicht und der Härteschicht, während der zweite Übergangsbereich eine zweite Mischung aus Metallpulver aus der Härteschicht aus Metallpulver und der Bearbeitungsschicht aus Metallpulver beinhaltet. Es versteht sich, dass der erste und zweite Übergangsbereich als Metallpulver aus den benachbarten Schichten vor dem Sinterprozess miteinander vermischt gebildet werden.In a further embodiment of the present disclosure, a first transition region and a second transition region can also be included in the valve seat insert. The first transition area can can be defined between the heat-conducting layer and the hardness layer made of metal powder, while the second transition region between the hardness layer made of metal powder and the processing layer made of metal powder can be defined. The first transition region contains a first mixture of metal powder from the heat-conducting layer and the hardening layer, while the second transition region contains a second mixture of metal powder from the hardening layer of metal powder and the processing layer from metal powder. It goes without saying that the first and second transition regions are formed as metal powder mixed with one another from the adjacent layers before the sintering process.

Im Allgemeinen versteht es sich, dass vor der Bearbeitung und nach dem Sintern der Pulverschichten der Ventilsitz-Einsatz in Form eines Rings vorgesehen werden kann. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Ventilsitz-Einsatz ferner eine sekundäre Härteschicht beinhalten, die entlang einer Innenfläche des Rings angeordnet ist, wobei die sekundäre Härteschicht zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Bearbeitungsschicht angeordnet ist. Ähnlich wie die Härteschicht kann die sekundäre Härteschicht aus Metallpulver, aber nicht unbedingt, eine Härte aufweisen, die größer als etwa Rc 35 ist.In general, it goes without saying that the valve seat insert can be provided in the form of a ring before the processing and after the sintering of the powder layers. In another embodiment of the present disclosure, the valve seat insert may further include a secondary hardness layer disposed along an inner surface of the ring, the secondary hardness layer being located between the heat conductive layer and the machining layer. Similar to the hardness layer, the secondary hardness layer of metal powder may, but not necessarily, have a hardness greater than about Rc 35.

Unabhängig von den verschiedenen Konfigurationen für die verschiedenen Schichten im Ventilsitz-Einsatz ist ein Teil der Bearbeitungsschicht so eingerichtet, dass er vom Ventilsitz-Einsatz wegbearbeitet wird, um die Höhe des Ventilsitz-Einsatzes nach dem Einbau des Ventilsitz-Einsatzes in den Zylinderkopf zu verkürzen.Regardless of the different configurations for the different layers in the valve seat insert, part of the processing layer is set up in such a way that it is machined away from the valve seat insert in order to shorten the height of the valve seat insert after the valve seat insert has been installed in the cylinder head.

Die vorliegende Offenbarung und ihre besonderen Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren betrachtet wird, ersichtlich.The present disclosure and its particular features and advantages will become apparent from the following detailed description considered with reference to the accompanying figures.

FigurenlisteFigure list

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, der bevorzugten Ausführungsform, den Ansprüchen und den dazugehörigen Figuren:

  • 1A ist eine Querschnittsansicht, die eine Zylinderkopfanordnung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 1B ist eine vergrößerte Ansicht des Ventils und des Ventilsitz-Einsatzes von 1A.
  • 2 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht des Ventilsitz-Einsatzes von 1A bezogen auf den Durchfluss.
  • 3A veranschaulicht eine erste Ausführungsform eines Ventilsitz-Einsatzes der vorliegenden Offenbarung, bevor der Ventilsitz-Einsatz fertig bearbeitet ist.
  • 3B veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Ventilsitz-Einsatzes der vorliegenden Offenbarung, bevor der Ventilsitz-Einsatz fertig bearbeitet ist.
  • 4A veranschaulicht die erste Ausführungsform eines Ventilsitz-Einsatzes aus 3A, nachdem der Ventilsitz-Einsatz fertig bearbeitet wurde.
  • 4B veranschaulicht die zweite Ausführungsform eines Ventilsitz-Einsatzes aus 3B, nachdem der Ventilsitz-Einsatz fertig bearbeitet wurde.
  • 5 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des Ventilsitz-Einsatzes, wobei die Übergangsbereiche nur exemplarisch dargestellt sind.
These and other features and advantages of the present disclosure will become apparent from the following detailed description, the preferred embodiment, the claims, and the accompanying figures:
  • 1A 12 is a cross-sectional view illustrating a cylinder head assembly according to various embodiments of the present disclosure;
  • 1B is an enlarged view of the valve and valve seat insert of FIG 1A .
  • 2nd illustrates an enlarged view of the valve seat insert of FIG 1A related to the flow.
  • 3A illustrates a first embodiment of a valve seat insert of the present disclosure before the valve seat insert is finished.
  • 3B illustrates a second embodiment of a valve seat insert of the present disclosure before the valve seat insert is finished.
  • 4A illustrates the first embodiment of a valve seat insert 3A after the valve seat insert has been finished.
  • 4B illustrates the second embodiment of a valve seat insert 3B after the valve seat insert has been finished.
  • 5 illustrates a third embodiment of the valve seat insert, the transition areas being shown only as examples.

Gleiche Bezugszeichenbeziehen sich auf gleiche Teile in der Beschreibung mehrerer Ansichten der Figuren.Like reference numerals refer to like parts in the description of multiple views of the figures.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Es wird nun ausführlich auf die derzeit bevorzugten Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Methoden der vorliegenden Offenbarung verwiesen, die die bevorzugten Methoden zur Ausübung der derzeit den Erfindern bekannten Offenbarung darstellen. Die Zahlen sind nicht unbedingt skalierbar. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen nur exemplarisch für die vorliegende Offenbarung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert sein kann. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung und/oder als repräsentative Grundlage für die Unterweisung eines Fachmanns, die vorliegende Offenbarung unterschiedlich anzuwenden.Reference is now made in detail to the currently preferred compositions, embodiments, and methods of the present disclosure, which are the preferred methods of practicing the disclosure currently known to the inventors. The numbers are not necessarily scalable. However, it is to be understood that the disclosed embodiments are only exemplary of the present disclosure, which may be embodied in various and alternative forms. Therefore, the specific details disclosed herein are not to be interpreted as limiting, but merely as a representative basis for each aspect of the present disclosure and / or as a representative basis for instructing one skilled in the art to apply the present disclosure differently.

Mit Ausnahme der Beispiele oder, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle numerischen Größen in dieser Beschreibung, die Materialmengen oder Reaktions- und/oder Verwendungsbedingungen angeben, als durch das Wort „etwa“ modifiziert zu verstehen, um den größtmöglichen Umfang der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Im Allgemeinen wird die Praxis innerhalb der angegebenen numerischen Grenzen bevorzugt. Auch, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben: Prozent, „Teile von“ und Verhältniswerte sind Gewichtsangaben; die Beschreibung einer Gruppe oder Klasse von Materialien, die für einen bestimmten Zweck im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung geeignet oder bevorzugt sind, impliziert, dass Mischungen von zwei oder mehr der Mitglieder der Gruppe oder Klasse gleichermaßen geeignet oder bevorzugt sind; die erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle nachfolgenden Verwendungen derselben Abkürzung und gilt für normale grammatikalische Variationen der ursprünglich definierten Abkürzung; und, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wird die Messung einer Eigenschaft durch dieselbe Technik bestimmt, auf die zuvor oder später für dieselbe Eigenschaft Bezug genommen wurde.Except for the examples, or unless expressly stated otherwise, all numerical quantities in this description, which indicate amounts of material or reaction and / or use conditions, are to be understood as modified by the word “about” in order to maximize the scope of the present disclosure describe. In general, practice within the specified numerical limits is preferred. Also, unless expressly stated otherwise: percent, "parts of" and ratio values are weight data; the description of a group or class of materials suitable or preferred for a particular purpose in connection with the present disclosure implies that mixtures of two or more of the members of the group or class are equally suitable or preferred; the first definition of an acronym or other abbreviation applies to all subsequent uses of the same abbreviation and applies to normal grammatical variations of the originally defined abbreviation; and, unless expressly stated otherwise, the measurement of a property is determined by the same technique referred to earlier or later for the same property.

Es ist auch zu verstehen, dass diese vorliegende Offenbarung nicht auf die im Folgenden beschriebenen spezifischen Ausführungsformen und Methoden beschränkt ist, da spezifische Komponenten und/oder Bedingungen natürlich variieren können. Darüber hinaus wird die hier verwendete Terminologie nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet und soll in keiner Weise eingeschränkt werden.It is also to be understood that this disclosure is not limited to the specific embodiments and methods described below, since specific components and / or conditions may of course vary. In addition, the terminology used herein is used only to describe certain embodiments of the present disclosure and is not intended to be limited in any way.

Es ist auch zu beachten, dass die Singularform „ein“, „eine“ und „der, die, das“, wie sie in der Spezifikation und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, mehrere Referenzen umfasst, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt. So ist beispielsweise vorgesehen, dass die Referenz auf eine Komponente im Singular eine Vielzahl von Komponenten umfasst. It should also be noted that the singular forms "a", "an" and "the, the, the" as used in the specification and the appended claims encompass multiple references unless the context clearly indicates otherwise. For example, it is provided that the reference to a component in the singular comprises a large number of components.

Der Begriff „umfassend“ ist gleichbedeutend mit „einschließend“, „habend“, „enthaltend“ oder „gekennzeichnet durch“. Diese Bedingungen sind inklusive und unbefristet und schließen zusätzliche, nicht erwähnte Elemente oder Verfahrensschritte nicht aus.The term "comprehensive" is synonymous with "including", "having", "containing" or "characterized by". These conditions are inclusive and unlimited and do not exclude additional elements or procedural steps not mentioned.

Der Ausdruck „bestehend aus“ schließt jedes Element, jeden Schritt oder jede Zutat aus, die nicht im Anspruch angegeben ist. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehend aus“ beschränkt den Umfang eines Anspruchs auf die spezifizierten Materialien oder Schritte sowie auf solche, die die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften des beanspruchten Gegenstands nicht wesentlich beeinträchtigen.The expression "consisting of" excludes any element, step or ingredient that is not specified in the claim. The term "consisting essentially of" limits the scope of a claim to the specified materials or steps, as well as to those that do not significantly affect the basic and novel properties of the claimed subject matter.

Die Begriffe „umfassend“, „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ können alternativ verwendet werden. Wird einer dieser drei Begriffe verwendet, kann der derzeit offenbarte und beanspruchte Gegenstand die Verwendung eines der beiden anderen Begriffe beinhalten.The terms "comprehensive", "consisting of" and "essentially consisting of" can be used alternatively. If one of these three terms is used, the subject matter currently disclosed and claimed may include the use of either of the other two terms.

Während dieser Anwendung, in der auf Veröffentlichungen verwiesen wird, werden die Offenlegungen dieser Veröffentlichungen in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme in diese Anwendung aufgenommen, um den Stand der Technik, auf den sich diese vorliegende Offenbarung bezieht, besser zu beschreiben.Throughout this application, reference to publications, the disclosures of these publications in their entirety are incorporated by reference into this application to better describe the state of the art to which this disclosure relates.

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll weder die vorliegende Offenbarung noch die Anwendung und Verwendung der vorliegenden Offenbarung einschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, an eine Theorie gebunden zu sein, die im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.The following detailed description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure or the application and use of the present disclosure. Furthermore, there is no intent to be bound by any theory presented in the background above or in the detailed description that follows.

Die vorliegende Offenbarung sieht eine Motorkopfanordnung 10 vor, wobei die Ventilsitz-Einsätze 18 aus verschiedenen Schichten von pulverförmigen Metallen gebildet sind. Die pulverförmigen Metallmischungen/Schichten der vorliegenden Erfindung können für Ventilsitz-Einsätze für Motorventile verwendet werden. Es sollte sofort ersichtlich sein, dass das Metallpulverteil gemäß der vorliegenden Erfindung auch für andere Anwendungen geeignet ist. Eine Motorventil-Antriebskomponente, wie beispielsweise ein Ventilsitz-Einsatz, der mit der Metallpulveranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, kann sowohl als Einlassventilsitz-Einsatz als auch als Auslassventilsitz-Einsatz verwendet werden.The present disclosure provides an engine head assembly 10th before, the valve seat inserts 18th are formed from different layers of powdered metals. The powdered metal mixtures / layers of the present invention can be used for valve seat inserts for engine valves. It should be immediately apparent that the metal powder part according to the present invention is also suitable for other applications. An engine valve drive component, such as a valve seat insert constructed with the metal powder assembly according to the present invention, can be used as both an intake valve seat insert and an exhaust valve seat insert.

Unter Bezugnahme auf 1A ist eine Zylinderkopfanordnung 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt, wobei die Zylinderkopfanordnung 10 im Allgemeinen für die Verwendung in einem Motor 11 bestimmt ist. Die Zylinderkopfanordnung 10 beinhaltet einen Hauptkörper 24 (der an sich schon als Zylinderkopf bezeichnet werden kann) und eine Vielzahl von Ventilen 12, wobei jedes Ventil 12 innerhalb der Innenbohrung 15 einer entsprechenden Ventilschaftführung 14 hin und her aufgenommen ist. Die Ventilschaftführungen 14 und die Ventile sind innerhalb des Hauptkörpers 24 angeordnet, wie in 1A dargestellt. Die Ventilschaftführung 14 ist eine rohrförmige Struktur, die in den Hauptkörper 24 eingesetzt wird, während der hybride Ventilsitz-Einsatz 18 in einer durch den Hauptkörper 24 definierten Aussparung 27 (siehe 1B) angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung soll sich nicht auf eine bestimmte Struktur beschränken, da Modifikationen und alternative Strukturen von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Diese Zeichnungen der Ventil-Anordnungen werden zur Veranschaulichung zur Verfügung gestellt, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.With reference to 1A is a cylinder head assembly 10th According to various embodiments of the present disclosure, the cylinder head assembly 10th generally for use in an engine 11 is determined. The cylinder head assembly 10th includes a main body 24th (which can already be called a cylinder head) and a variety of valves 12 , with each valve 12 inside the inner bore 15 a corresponding valve stem guide 14 is taken back and forth. The valve stem guides 14 and the valves are inside the main body 24th arranged as in 1A shown. The valve stem guide 14 is a tubular structure built into the main body 24th is used while the hybrid valve seat insert 18th in one by the main body 24th defined recess 27 (please refer 1B) is arranged. The present invention is not intended to be limited to any particular structure since modifications and alternative structures are offered by various manufacturers. These drawings of the valve assemblies are provided for the purposes of illustration to facilitate a better understanding of the present invention.

Unter Bezugnahme auf 1B beinhaltet jedes Ventil 12 in der Zylinderkopfanordnung 10 eine Ventildichtfläche 16, die zwischen der Kappe 26 und der Verkleidung 28 des Ventils 12 angeordnet ist. Der Ventilschaft 20 befindet sich normalerweise oberhalb des Verkleidung 28 und wird normalerweise in der Ventilschaftführung 14 aufgenommen. Wie dargestellt, ist der Ventilsitz-Einsatz 18 in der durch den Hauptkörper 24 des Motors 11 definierten Aussparung 27 montiert. Vorzugsweise ist der Einsatz 18 ringförmig mit einem dargestellten Querschnitt und nimmt die Ventildichtfläche 16 gemäß 1A-1B gemeinsam auf. Die Konstruktion des Ventilsitz-Einsatzes 18 und die Position des Ventilsitz-Einsatzes 18 in Bezug auf die im Hauptkörper 24 definierte zusammenwirkende Aussparung 27 an der Mündung 22 des Strömungskanals 23 wird nun mit Bezug auf 2 beschrieben.With reference to 1B includes every valve 12 in the cylinder head assembly 10th a valve sealing surface 16 between the cap 26 and the disguise 28 of the valve 12 is arranged. The valve stem 20th is usually located above the panel 28 and is usually used in the valve stem guide 14 added. As shown, the valve seat insert is 18th in through the main body 24th of the motor 11 defined recess 27 assembled. Use is preferred 18th annular with a cross section shown and takes the valve sealing surface 16 according to 1A-1B together on. The construction of the valve seat insert 18th and the position of the valve seat insert 18th in terms of that in the main body 24th defined interacting recess 27 at the mouth 22 of the flow channel 23 will now refer to 2nd described.

Unter Bezugnahme nun auf 2 ist eine zweite, vergrößerte Querschnittsansicht der Zylinderkopfanordnung 10 dargestellt, in der sich der Strömungskanal 23 mit der Ventilschaftführung 14 und dem Ventilsitz-Einsatz 18 überschneidet. Wie hierin beschrieben, ist der Ventilsitz-Einsatz 18 metallurgisch aufgebaut. Dieser Ventilsitz-Einsatz 18 wird durch eine Presspassung im Gehäuse 24 gehalten. Als Ergebnis dieser Presspassung kann ein Teil des Materials des Hauptkörpers 24 beim Einbau des Ventilsitz-Einsatzes 18 in die Aussparung 27 elastisch verformt werden. Es versteht sich, dass, sobald der Ventilsitz-Einsatz 18 in der Aussparung 27 positioniert ist, jeder Ventilsitz-Einsatz 18 einer Fertigbearbeitung unterzogen werden kann, um die Höhe 54 (siehe 2) des Ventilsitz-Einsatzes 18 auf die verkürzte Höhe 54' (2) zu reduzieren. Es versteht sich auch, dass die Fertigbearbeitung ebenfalls durchgeführt wird, um die Dichtfläche 16 (1B) des Ventils 12 korrekt gegen die Kegelfläche 30 des Ventilsitz-Einsatzes auszurichten (1B). Die richtige Ausrichtung verbessert die Verbrennungsleistung des Motors 11. Es ist zu beachten, dass die Legierung des Hauptkörpers 24 im Allgemeinen die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleiche physikalische Struktur aufweist, mit Ausnahme von leicht kalthärtenden Materialien im Bereich neben dem Ventilsitz-Einsatz. Ein Beispiel dafür, dass eine nicht einschränkende Legierung für den Hauptkörper 24 eine Aluminiumlegierung sein kann, wie beispielsweise Alloy 319 und Alloy 356 Aluminiumlegierungen oder andere Leichtlegierungen, die verwendet werden können.Referring now to 2nd Fig. 2 is a second enlarged cross-sectional view of the cylinder head assembly 10th shown in the flow channel 23 with the valve stem guide 14 and the valve seat insert 18th overlaps. As described herein, the valve seat insert is 18th built up metallurgically. This valve seat insert 18th is achieved by a press fit in the housing 24th held. As a result of this interference fit, part of the material of the main body can 24th when installing the Valve seat insert 18th in the recess 27 be elastically deformed. It is understood that once the valve seat insert 18th in the recess 27 is positioned, each valve seat insert 18th can be finished to the height 54 (please refer 2nd ) of the valve seat insert 18th to the shortened height 54 ' ( 2nd ) to reduce. It is also understood that the finishing is also done to the sealing surface 16 ( 1B) of the valve 12 correctly against the cone surface 30th of the valve seat insert ( 1B) . Proper alignment improves the combustion performance of the engine 11 . It should be noted that the alloy of the main body 24th generally has the same chemical composition and the same physical structure, with the exception of slightly cold-curing materials in the area next to the valve seat insert. An example of a non-limiting alloy for the main body 24th can be an aluminum alloy, such as Alloy 319 and Alloy 356 aluminum alloys or other light alloys that can be used.

Unter Bezugnahme nun auf die 3A-5 werden exemplarisch nicht einschränkende Ventilsitz-Einsätze 18 entsprechend verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die 3A-3B veranschaulichen beispielhaft die nicht begrenzenden Ventilsitz-Einsätze vor der Fertigbearbeitung, während die 4A-4B die Ventilsitz-Einsätze der 3A-3B veranschaulichen, nachdem jeder einzelne Ventilsitz-Einsatz die Fertigbearbeitung gemäß den 4A-4B durchläuft. Sobald der Ventilsitz-Einsatz 18 dem Endbearbeitungsprozess unterzogen wird, kann jeder Ventilsitz-Einsatz 18 der vorliegenden Offenbarung mit einer zylindrischen Innenfläche 32 gebildet werden, die in axialer Länge relativ kurz ist und in eine konische Kegelfläche 30 übergeht. Wie dargestellt, ist die konische Kegelfläche 30 (4A-4B) zwischen der zweiten Seite 34 (Verbrennungsseite 34) des Ventilsitz-Einsatzes angeordnet. Die konische Fläche 30 ist die Sitzfläche, die mit der Dichtfläche 16 des Ventils 12, wie in 1B dargestellt, zusammenwirkt.Referring now to the 3A-5 are examples of non-restrictive valve seat inserts 18th in accordance with various embodiments of the present disclosure. The 3A-3B exemplify the non-limiting valve seat inserts prior to finishing while the 4A-4B the valve seat inserts of the 3A-3B illustrate after each individual valve seat insert the finishing according to the 4A-4B goes through. As soon as the valve seat insert 18th Any valve seat insert can be subjected to the finishing process 18th of the present disclosure with a cylindrical inner surface 32 are formed, which is relatively short in axial length and in a conical conical surface 30th transforms. As shown, the conical surface is conical 30th ( 4A-4B) between the second page 34 (Combustion side 34 ) of the valve seat insert. The conical surface 30th is the seat that matches the sealing surface 16 of the valve 12 , as in 1B represented, cooperates.

Daher stellt die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf 1A eine Zylinderkopfanordnung 10 für einen Verbrennungsmotor 11 dar, wobei die Zylinderkopfanordnung 10 einen Hauptkörper 24, einen Ventilsitz-Einsatz 18 und mindestens einen Strömungskanal 23 (2) beinhaltet, der sich durch den Hauptkörper 24 erstreckt. Unter Bezugnahme auf 2 kann der Strömungskanal 23 ein Einlasskanal sein, während der Strömungskanal 23' ein Auslasskanal sein kann. Der Hauptkörper 24 kann aus einem ersten Material gebildet werden und eine Aussparung 27 (1B und 2) definieren, die eingerichtet ist, um mit einer zugehörigen Zylinderbohrung 21 (1A) und einem Kolben (nicht dargestellt) zusammenzuwirken, um eine Brennkammer 25 zu bilden. Wie in 2 dargestellt, kann sich der Strömungskanal 23, 23' durch den Hauptkörper 24 von der entsprechenden Aussparung 27 aus erstrecken. Der Ventilsitz-Einsatz 18 kann in der entsprechenden Aussparung 27 in der Nähe eines Endes 19, 22 des entsprechenden Strömungskanals 23, 23' angeordnet werden. In 2 ist der Ventilsitz-Einsatz 18 sowohl im vorbearbeiteten Zustand 56 als auch im nachbearbeiteten Zustand 56' dargestellt. Der noch nicht bearbeitete Ventilsitz-Einsatz 18, 56 ist im Phantom als Element 56 dargestellt, während der bearbeitete Ventilsitz-Einsatz 18, 56' im Vollen als Element 56' dargestellt ist.Therefore, the present disclosure makes reference to FIG 1A a cylinder head assembly 10th for an internal combustion engine 11 represents, the cylinder head assembly 10th a main body 24th , a valve seat insert 18th and at least one flow channel 23 ( 2nd ) includes that through the main body 24th extends. With reference to 2nd can the flow channel 23 be an inlet duct while the flow duct 23 ' can be an outlet duct. The main body 24th can be formed from a first material and a recess 27 ( 1B and 2nd ) define that is set up with an associated cylinder bore 21st ( 1A) and a piston (not shown) to cooperate to form a combustion chamber 25th to build. As in 2nd shown, the flow channel 23 , 23 ' through the main body 24th from the corresponding recess 27 extend from. The valve seat insert 18th can in the corresponding recess 27 near one end 19th , 22 of the corresponding flow channel 23 , 23 ' to be ordered. In 2nd is the valve seat insert 18th both in the pre-processed state 56 as well as post-processed 56 ' shown. The valve seat insert that has not yet been machined 18th , 56 is in the phantom as an element 56 shown while the valve seat insert is being machined 18th , 56 ' in full as an element 56 ' is shown.

Unter Bezugnahme auf 3A-5 kann der Ventilsitz-Einsatz 18 eine gesinterte Komponente sein, die mindestens drei verschiedene Schichten aus Metallpulver beinhaltet, um die gewünschten verschleißfesten Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeitseigenschaften und einfache Bearbeitbarkeit zu erreichen. Wie angegeben, veranschaulichen die 3A-3B exemplarisch die nicht einschränkenden Ausführungsformen des Ventilsitz-Einsatzes 18, 56, bevor der Ventilsitz-Einsatz 18, 56 bearbeitet wurde. Die 4A-4B veranschaulichen die Ventilsitz-Einsätze 18 der 3A bzw. 3B, nachdem die Ventilsitz-Einsätze 18, 56' bearbeitet wurden. Wie in den 3A-4B dargestellt, kann die erste im Ventilsitz-Einsatz 18 vorgesehene Schicht eine wärmeleitende Schicht 40 sein. Die wärmeleitende Schicht 40 des Ventilsitz-Einsatzes 18 erhöht die Verbrennungsleistung für den entsprechenden Zylinder. Wie in den 3A-4B dargestellt, definiert die wärmeleitende Schicht 40 aus Metallpulver eine Spindelseite 38 oder erste Seite 38 des Ventilsitz-Einsatzes 18, der angrenzend an den Hauptkörper 24 angeordnet ist - insbesondere den Boden 29 der vom Hauptkörper 24 definierten Aussparung 27, wie in 1B dargestellt. Es versteht sich, dass die Spindelseite 38 auch als erste Seite 38 des Ventilsitz-Einsatzes 18 in der vorliegenden Offenbarung bezeichnet werden kann.Referring to Figures 3A-5, the valve seat insert 18th be a sintered component that includes at least three different layers of metal powder to achieve the desired wear-resistant properties, thermal conductivity properties, and ease of workability. As indicated, the 3A-3B the non-limiting embodiments of the valve seat insert are examples 18th , 56 before the valve seat insert 18th , 56 was processed. The 4A-4B illustrate the valve seat inserts 18th the 3A respectively. 3B after the valve seat inserts 18th , 56 ' were processed. As in the 3A-4B shown, the first can be used in the valve seat 18th provided layer a heat-conducting layer 40 be. The heat-conducting layer 40 of the valve seat insert 18th increases the combustion performance for the corresponding cylinder. As in the 3A-4B shown defines the heat-conducting layer 40 a spindle side made of metal powder 38 or first page 38 of the valve seat insert 18th that is adjacent to the main body 24th is arranged - especially the floor 29 that of the main body 24th defined recess 27 , as in 1B shown. It is understood that the spindle side 38 also as the first page 38 of the valve seat insert 18th may be referred to in the present disclosure.

Der Ventilsitz-Einsatz 18 der vorliegenden Offenbarung beinhaltet neben der wärmeleitenden Schicht 40 mindestens eine Härteschicht 42, 42' aus Metallpulver sowie eine Bearbeitungsschicht 44 aus Metallpulver. (Siehe 3A-3B). Die Härteschicht 42 aus Metallpulver ist vorgesehen, um die Verschleißfestigkeitseigenschaften des Ventilsitz-Einsatzes 18 zu verbessern. Unter Bezugnahme auf die 3A-3B kann die Härteschicht 42 zwischen der wärmeleitenden Schicht 40 und der Bearbeitungsschicht 44 angeordnet werden, wobei ein Abschnitt der Härteschicht 42 einen zweiten Bereich 31 der inneren Zylinderwand 32 des Ventilsitz-Einsatzes 18 definiert. Wie im Beispiel der in 3A-3B dargestellten nicht begrenzenden Ventilsitz-Einsätze kann die Bearbeitungsschicht 44, aber nicht unbedingt, einen dritten Bereich 35 der inneren Zylinderwand 32 definieren, bevor der Ventilsitz-Einsatz 18 der Fertigbearbeitung unterzogen wird. In den 4A-4B sind jedoch die Ventilsitz-Einsätze 18 von 3A bzw. 3B dargestellt, nachdem diese Ventilsitz-Einsätze 18 den Bearbeitungsprozess durchlaufen haben. Im Gegensatz zu 3A veranschaulicht 4A den Ventilsitz-Einsatz 18 von 3A nach Abschluss der Fertigbearbeitung - wobei der dritte Bereich 35 (3A) der inneren Zylinderwand 32 durch die Fertigbearbeitung entfernt wurde. Als Ergebnis der Fertigbearbeitung ist die kegelförmige konische Fläche 30 (4A) im Ventilsitz-Einsatz 18 definiert. Im Gegensatz zu 3B veranschaulicht 4B den Ventilsitz-Einsatz 18 von 3B, nachdem der Ventilsitz-Einsatz 18 die Fertigbearbeitung durchlaufen hat. Ebenso kann der dritte Bereich 35 (3B) der inneren Zylinderwand 32 durch die Fertigbearbeitung entfernt werden, wodurch die konische Kegelfläche 30 (4B), die im Ventilsitz-Einsatz 18 definiert ist, verbleibt. Da die Bearbeitungsschicht 44 im Vergleich zu den anderen Schichten im Ventilsitz-Einsatz 18 relativ weich ist und auf den dritten Bereich 35 der inneren Zylinderwand begrenzt ist, ist die Bearbeitungsschicht 44 so eingerichtet, dass sie ein einfaches Entfernen dieses Materials vom Ventilsitz-Einsatz 18 ermöglicht, um die gewünschte verkürzte Höhe 54' (siehe 4A-4B) im Ventilsitz-Einsatz 18 zu erreichen. Die ursprüngliche Höhe des Ventilsitz-Einsatzes wird festgelegt, um eine effiziente Montage des Ventilsitz-Einsatzes in den Zylinderkopf während der Massenproduktion zu ermöglichen. Die daraus resultierende reduzierte Höhe ist von Vorteil für einen effizienten Motorbetrieb. Daher kann, wie in den 4A-4B dargestellt, die Härteschicht 42 des maschinenfertigen Ventilsitz-Einsatzes 56' die zweite Seite 34 (4A-4B) des Ventilsitz-Einsatzes 18 definieren, wobei die zweite Seite 34 (siehe 1B) der zugehörigen Zylinderbohrung 21 und dem Kolben (nicht dargestellt) ausgesetzt ist oder dieser zugewandt ist. Wie angegeben, wird die Bearbeitungsschicht 44 zunächst als Teil des Ventilsitz-Einsatzes 18 an der zweiten Seite 34 des Ventilsitz-Einsatzes 18 (während des Sinterns) gebildet, um den nachfolgenden Bearbeitungsprozess zu erleichtern - wobei genaue Oberflächenschnitte am Ventilsitz-Einsatz erzielt werden. Wie angegeben, verbindet sich der Ventilsitz-Einsatz 18 mit der Dichtfläche 16 des Ventils 12, wie in 1B dargestellt. Durch den Einsatz einer speziellen Bearbeitungsschicht 44 in den gesinterten Ventilsitz-Einsatz 18 unterliegt das Bearbeitungswerkzeug einem geringeren Verschleiß, da die gewünschte verkürzte Höhe 54' (2, 4A-4B) des Ventilsitz-Einsatzes 18 durch den Bearbeitungsprozess erreicht wird (nicht dargestellt).The valve seat insert 18th the present disclosure includes in addition to the thermally conductive layer 40 at least one hardness layer 42 , 42 ' made of metal powder and a processing layer 44 made of metal powder. (Please refer 3A-3B) . The hardness layer 42 Made of metal powder is intended to use the wear resistance properties of the valve seat 18th to improve. With reference to the 3A-3B can the hardness layer 42 between the heat-conducting layer 40 and the processing layer 44 be arranged with a portion of the hardness layer 42 a second area 31 the inner cylinder wall 32 of the valve seat insert 18th Are defined. As in the example of the 3A-3B The non-limiting valve seat inserts shown can be the machining layer 44 but not necessarily a third area 35 the inner Cylinder wall 32 define before the valve seat insert 18th undergoes finishing. In the 4A-4B however, are the valve seat inserts 18th from 3A respectively. 3B shown after these valve seat inserts 18th have gone through the machining process. In contrast to 3A illustrated 4A the valve seat insert 18th from 3A after finishing the finishing - the third area 35 ( 3A) the inner cylinder wall 32 was removed by the finishing. As a result of finishing, the tapered conical surface 30th ( 4A) in valve seat insert 18th Are defined. In contrast to 3B illustrated 4B the valve seat insert 18th from 3B after the valve seat insert 18th has gone through the finishing process. Likewise, the third area 35 ( 3B) the inner cylinder wall 32 be removed by the finishing process, creating the conical conical surface 30th ( 4B) that use in valve seat 18th is defined remains. Because the processing layer 44 compared to the other layers in the valve seat insert 18th is relatively soft and on the third area 35 is the processing layer 44 set up to allow easy removal of this material from the valve seat insert 18th allows to the desired shortened height 54 ' (please refer 4A-4B) in valve seat insert 18th to reach. The original height of the valve seat insert is determined to enable efficient installation of the valve seat insert in the cylinder head during mass production. The resulting reduced height is advantageous for efficient engine operation. Therefore, as in the 4A-4B shown the hardness layer 42 of the machine-ready valve seat insert 56 ' the second page 34 ( 4A-4B) of the valve seat insert 18th define being the second side 34 (please refer 1B) the associated cylinder bore 21st and exposed to or facing the piston (not shown). As indicated, the processing layer 44 initially as part of the valve seat insert 18th on the second side 34 of the valve seat insert 18th (during sintering) to facilitate the subsequent machining process - whereby exact surface cuts are achieved at the valve seat insert. As indicated, the valve seat insert connects 18th with the sealing surface 16 of the valve 12 , as in 1B shown. By using a special processing layer 44 in the sintered valve seat insert 18th The processing tool is subject to less wear, since the desired shortened height 54 ' ( 2nd , 4A-4B) of the valve seat insert 18th is achieved by the machining process (not shown).

In Anlehnung an die in den 3A-5 dargestellten nicht einschränkenden Beispiele ermöglicht die wärmeleitende Schicht 40 aus Metallpulver ein effizientes Wärmemanagement innerhalb der Brennkammer und verbessert damit die Verbrennungsleistung der Kammer. Die wärmeleitende Schicht 40 kann, muss aber nicht unbedingt, eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die größer als etwa 350 W/(m-K) ist. Die wärmeleitende Schicht 40 kann, muss aber nicht unbedingt, aus einem oder mehreren hochkupferhaltigen Sinterwerkstoffen gebildet sein. Auch in den nicht einschränkenden Beispielen der 3A-5 ist zu sehen, dass die Härteschicht 42 aus Metallpulver im Ventilsitz-Einsatz 18 eine Härte aufweisen kann, aber nicht unbedingt, die größer als etwa Rc 35 ist. Wie im nicht einschränkenden Beispiel der 3A-3B dargestellt, kann sich die Härteschicht 42 über die zylindrische Innenwand erstrecken und/oder die Härteschicht 42 kann sich über die Breite 53 (3A) des Ventilsitz-Einsatzes 18 erstrecken, während sie während des Sinterns zunächst zwischen der wärmeleitenden Schicht 40 und der Bearbeitungsschicht 44 positioniert wird. Wie in den 3B und 4B dargestellt, darf die Härteschicht 42 jedoch nur zwischen einem Abschnitt der wärmeleitenden Schicht und einem Abschnitt der Bearbeitungsschicht 44 positioniert werden. Somit kann die Härteschicht 42 in der in 3A-4B dargestellten Anordnung primär eingerichtet werden, um einen zweiten Bereich 31 der inneren Zylinderwand 32 zu definieren. Dementsprechend kann der zweite Bereich 31 der inneren zylindrischen Wandbearbeitungsschicht 44 aus Metallpulver unter Umständen, aber nicht unbedingt, hochlegierte Stahlsinterwerkstoffe oder dergleichen beinhalten, aber nicht darauf beschränkt sein. Wie bereits beschrieben, kann die Härteschicht 42 aus Metallpulver, aber nicht unbedingt, zunächst zwischen der Bearbeitungsschicht 44 aus Metallpulver und der wärmeleitenden Schicht 40 aus Metallpulver angeordnet werden, wenn der Einsatz 18 gesintert wird, wie in den nicht einschränkenden Beispielen der 3A-B dargestellt. Die vorgenannten Schichten aus Metallpulver können wie in den in den 3A-5 dargestellten nicht einschränkenden Beispielen beschrieben so angeordnet werden, dass die gewünschten Materialeigenschaften für jede Schicht in vorgegebenen Bereichen des Ventilsitz-Einsatzes 18 bereitgestellt werden.Based on the in the 3A-5 The heat-conducting layer enables the non-limiting examples shown 40 made of metal powder an efficient heat management within the combustion chamber and thus improves the combustion performance of the chamber. The heat-conducting layer 40 may, but need not necessarily, have a thermal conductivity greater than about 350 W / (mK). The heat-conducting layer 40 can, but need not necessarily, be formed from one or more sintered materials containing high copper. Also in the non-limiting examples of 3A-5 can be seen that the hardness layer 42 Made of metal powder in the valve seat insert 18th may, but not necessarily, have a hardness greater than about Rc 35. As in the non-limiting example of the 3A-3B shown, the hardness layer 42 extend over the cylindrical inner wall and / or the hardness layer 42 can spread across the width 53 ( 3A) of the valve seat insert 18th extend while initially sintering between the thermally conductive layer 40 and the processing layer 44 is positioned. As in the 3B and 4B shown, the hardness layer 42 however, only between a portion of the heat conductive layer and a portion of the processing layer 44 be positioned. Thus the hardness layer 42 in the in 3A-4B shown arrangement can be set up primarily to a second area 31 the inner cylinder wall 32 define. Accordingly, the second area 31 the inner cylindrical wall processing layer 44 metal powder may, but not necessarily, include, but not be limited to, high-alloy steel sintered materials or the like. As already described, the hardness layer 42 made of metal powder, but not necessarily, initially between the processing layer 44 made of metal powder and the heat-conducting layer 40 made of metal powder when used 18th is sintered, as in the non-limiting examples of 3A-B shown. The aforementioned layers of metal powder can as in the in the 3A-5 Non-restrictive examples described are arranged so that the desired material properties for each layer in predetermined areas of the valve seat insert 18th to be provided.

Unter Bezugnahme nun auf 5 kann ein Übergangsbereich 48 weiter in jede der Ausführungsformen des Ventilsitz-Einsatzes 18 einbezogen werden. Der Übergangsbereich 48 kann zwischen der wärmeleitenden Schicht 40 und der Härteschicht 42 aus Metallpulver definiert werden. Der Übergangsbereich 48 beinhaltet eine Mischung 62 aus Metallpulver aus der wärmeleitenden Schicht 40 und der Härteschicht 42. Es versteht sich, dass der Übergangsbereich 48 gebildet werden kann, wenn sich das Metallpulver aus den benachbarten Schichten vor dem Sinterprozess vermischt.Referring now to 5 can be a transition area 48 further in each of the embodiments of the valve seat insert 18th be included. The transition area 48 can be between the heat-conducting layer 40 and the hardness layer 42 be defined from metal powder. The transition area 48 includes a mix 62 made of metal powder from the heat-conducting layer 40 and the hardness layer 42 . It is understood that the transition area 48 can be formed if the metal powder from the adjacent layers mixes before the sintering process.

Im Allgemeinen versteht es sich, dass vor der Bearbeitung, aber nach dem Sintern der Pulverschichten, der Ventilsitz-Einsatz 18 in Form einer ringförmigen Konfiguration, wie in den 3A-5 dargestellt, vorgesehen werden kann. Darüber hinaus kann der Ventilsitz-Einsatz 18 in noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weiterhin eine sekundäre Härteschicht 42' (im Phantom in den 3A und 4A dargestellt) beinhalten, die entlang einer Innenfläche 32 des Rings (getrennt von der Härteschicht 42) angeordnet ist, wobei die sekundäre Härteschicht 42' auch zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Bearbeitungsschicht positioniert ist. Ähnlich wie die Härteschicht 42 kann die sekundäre Härteschicht 42' aus Metallpulver, aber nicht unbedingt, eine Härte aufweisen, die größer als etwa Rc 35 ist. Es versteht sich jedoch auch, dass die sekundäre Härtestufe integraler Bestandteil der Härtestufe 42 sein kann, um eine einzige Schicht zu bilden, die eine nichtlineare Konfiguration aufweisen kann - wie im Feststoff dargestellt.In general, it is understood that before processing, but after sintering the powder layers, the valve seat insert 18th in the form of an annular configuration, as in the 3A-5 shown, can be provided. In addition, the valve seat insert 18th in yet another embodiment of the present disclosure further a secondary hardness layer 42 ' (in the phantom in the 3A and 4A shown) include that along an inner surface 32 of the ring (separate from the hardness layer 42 ) is arranged, the secondary hardening layer 42 ' is also positioned between the heat-conducting layer and the processing layer. Similar to the hardness layer 42 can the secondary hardness layer 42 ' made of metal powder, but not necessarily, have a hardness greater than about Rc 35. However, it is also understood that the secondary hardness level is an integral part of the hardness level 42 may be to form a single layer, which may have a non-linear configuration - as shown in the solid.

Unabhängig von den verschiedenen Konfigurationen der Härteschicht(en) 42, 42' und der wärmeleitenden Schicht 40 definiert die Bearbeitungsschicht 44 die zweite Seite 34 (3A-3B) des Ventilsitz-Einsatzes 18 vor der Bearbeitung (Endbearbeitung). Die Bearbeitungsschicht 44 ist eingerichtet, um über ein Bearbeitungswerkzeug oder dergleichen vom Ventilsitz-Einsatz 18 entfernt zu werden, um die Höhe 54 (3A-3B) des Ventilsitz-Einsatzes 18 auf eine verkürzte Höhe 54' (siehe 2, 4A-4B) zu verkürzen, nachdem der Ventilsitz-Einsatz 18 in der Aussparung 27 des Hauptkörpers 24 (oder Zylinderkopf 24) angeordnet ist. Wie angegeben, kann der Zylinderkopf 24 oder der Hauptkörper 24 durch ein Gießverfahren geformt werden, und der Zylinderkopf kann eine Aussparung 27 definieren, die ferner eine Basis 29 definiert, die bei der Montage mit der ersten Seite 38 des Ventilsitz-Einsatzes 18 in Kontakt kommen kann (siehe 1B).Regardless of the different configurations of the hardness layer (s) 42 , 42 ' and the heat-conducting layer 40 defines the processing layer 44 the second page 34 ( 3A-3B) of the valve seat insert 18th before processing (finishing). The processing layer 44 is set up to insert a machining tool or the like from the valve seat 18th to be removed to the height 54 ( 3A-3B) of the valve seat insert 18th to a shortened height 54 ' (please refer 2nd , 4A-4B) shorten after the valve seat insert 18th in the recess 27 of the main body 24th (or cylinder head 24th ) is arranged. As indicated, the cylinder head can 24th or the main body 24th are molded by a casting process, and the cylinder head can have a recess 27 define the further a base 29 defined when assembling with the first page 38 of the valve seat insert 18th can come into contact (see 1B) .

Unter Bezugnahme auf den Ventilsitz-Einsatz 18 versteht man, dass der Ventilsitz-Einsatz 18 mit den Ventilkegelartigen Einlass- und Auslassventilen des Motors 11 in Kontakt steht, wie in 1B dargestellt. Daher muss der Ventilsitz-Einsatz 18 der vorliegenden Offenbarung eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen. Es versteht sich, dass die Härtestufe an den zuvor beschriebenen, nicht einschränkenden, exemplarisch vorgegebenen Bereichen im Ventilsitz-Einsatz dem Ventilsitz-Einsatz 18 eine gute Verschleißfestigkeit verleiht. Da das Ventil 12 selbst vor allem durch die Wärmeübertragung vom Ventilkegel-Kopf auf den Zylinderkopf 24 (oder Hauptkörper 24) durch den Ventilsitz-Einsatz 18 gekühlt wird, ist auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Ventilsitz-Einsatzes 18 wichtig. Die hohe Wärmeleitfähigkeit wird über die im Ventilsitz-Einsatz 18 vorgesehene wärmeleitende Schicht 40 entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglicht.Referring to the valve seat insert 18th one understands that the valve seat insert 18th with the valve cone-like intake and exhaust valves of the engine 11 is in contact as in 1B shown. Therefore, the valve seat insert 18th of the present disclosure have good wear resistance. It goes without saying that the hardness level in the previously described, non-restrictive, exemplary predetermined areas in the valve seat insert is the valve seat insert 18th gives good wear resistance. Because the valve 12 even above all through the heat transfer from the valve plug head to the cylinder head 24th (or main body 24th ) through the valve seat insert 18th is cooled, there is also a high thermal conductivity of the valve seat insert 18th important. The high thermal conductivity is due to that in the valve seat insert 18th provided heat-conducting layer 40 according to the various embodiments of the present disclosure.

Obwohl in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung mindestens eine exemplarische Ausführungsform vorgestellt wurde, ist zu beachten, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es ist auch zu beachten, dass die exemplarische Ausführungsform oder die exemplarischen Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird den Fachleuten durch die vorstehende detaillierte Beschreibung eine komfortable Roadmap zur Umsetzung der exemplarischen Ausführungsform oder der exemplarischen Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen dargelegt sind, abzuweichen.Although at least one exemplary embodiment has been presented in the foregoing detailed description, it should be appreciated that there are a variety of variations. It should also be noted that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the disclosure in any way. Rather, the above detailed description provides those skilled in the art with a convenient roadmap for implementing the exemplary embodiment or exemplary embodiments. It is to be understood that various changes in the function and arrangement of the elements can be made without departing from the scope of the disclosure as set forth in the appended claims and their legal equivalents.

Claims (9)

Eine Zylinderkopfanordnung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Hauptkörper, der aus einem ersten Material gebildet ist und eine Aussparung definiert, die eingerichtet ist, um mit einer zugehörigen Zylinderbohrung und einem Kolben zum Bilden einer Brennkammer zusammenzuwirken; mindestens einen Strömungskanal, der sich durch den Hauptkörper von der Aussparung aus erstreckt; und einen Ventilsitz-Einsatz, der innerhalb der Aussparung nahe einem Ende des mindestens einen Strömungskanals angeordnet ist, wobei der Ventilsitz-Einsatz eine wärmeleitende Schicht aus Metallpulver mit einer Oberseite, die angrenzend an den Hauptkörper angeordnet ist, eine Härteschicht aus Metallpulver und eine Bearbeitungsschicht aus Metallpulver mit einer Unterseite, die der zugehörigen Zylinderbohrung und dem Kolben ausgesetzt ist, beinhaltet.A cylinder head assembly for an internal combustion engine comprising: a main body formed of a first material and defining a recess configured to cooperate with an associated cylinder bore and a piston to form a combustion chamber; at least one flow channel extending through the main body from the recess; and a valve seat insert which is arranged within the cutout near one end of the at least one flow channel, wherein the valve seat insert includes a thermally conductive layer of metal powder with an upper surface located adjacent to the main body, a hardened layer of metal powder and a processing layer of metal powder with a lower surface exposed to the associated cylinder bore and the piston. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 1, wobei die wärmeleitende Schicht aus Metallpulver eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 350 W/(m-K) aufweist, die Härteschicht aus Metallpulver eine Härte von mehr als Rc 35 aufweist und die Bearbeitungsschicht aus Metallpulver eine Freiformstahllegierung beinhaltet.The cylinder head assembly according to Claim 1 , wherein the heat conductive layer of metal powder has a thermal conductivity of more than 350 W / (mK), the hard layer of metal powder has a hardness of more than Rc 35 and the processing layer of metal powder contains a free-form steel alloy. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 2, wobei die Härteschicht aus Metallpulver zwischen der Bearbeitungsschicht aus Metallpulver und der wärmeleitenden Schicht aus Metallpulver angeordnet ist.The cylinder head assembly according to Claim 2 , wherein the hardness layer of metal powder is arranged between the processing layer of metal powder and the heat-conducting layer of metal powder. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 2 ferner umfassend: einen Übergangsbereich, der zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Härteschicht aus Metallpulver definiert ist; wobei der Übergangsbereich eine Mischung aus Metallpulver aus der wärmeleitenden Schicht und der Härteschicht beinhaltet.The cylinder head assembly according to Claim 2 further comprising: a transition region defined between the heat conductive layer and the hardness layer made of metal powder; wherein the transition region contains a mixture of metal powder from the heat-conducting layer and the hardening layer. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 2, wobei der Ventilsitz-Einsatz durch ein Sinterverfahren gebildet ist.The cylinder head assembly according to Claim 2 , wherein the valve seat insert is formed by a sintering process. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 5, wobei der Ventilsitz-Einsatz eine ringförmige Konfiguration definiert.The cylinder head assembly according to Claim 5 , the valve seat insert defining an annular configuration. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 6, ferner umfassend eine sekundäre Härteschicht, die entlang einer Innenfläche des Rings angeordnet ist, wobei die sekundäre Härteschicht zwischen der wärmeleitenden Schicht und der Bearbeitungsschicht angeordnet ist.The cylinder head assembly according to Claim 6 , further comprising a secondary hardness layer disposed along an inner surface of the ring, the secondary hardness layer being disposed between the heat conductive layer and the machining layer. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 6, wobei die gesamte oder ein Teil der Bearbeitungsschicht eingerichtet ist, um vom Ventilsitz-Einsatz weg bearbeitet zu werden.The cylinder head assembly according to Claim 6 , wherein all or part of the processing layer is set up to be processed away from the valve seat insert. Die Zylinderkopfanordnung nach Anspruch 7, wobei ein Teil der Bearbeitungsschicht eingerichtet ist, um vom Ventilsitz-Einsatz weg bearbeitet zu werden.The cylinder head assembly according to Claim 7 , wherein part of the processing layer is set up to be processed away from the valve seat insert.
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