Verbrennangskraftmaschine Das Auftreten von Sprüngen in Zylinderköpfen und Zylinderblöcken von Verbrennungskraftmaschi- nen infolge thermischer Spannungen ist nicht unge wöhnlich, und insbesondere treten derartige Sprünge im Bereich der Ventilsitze auf. Selbst wenn derartige Sprünge nicht bis in den Wassermantel hindurch gehen, sind sie gefährlich, da der Austritt heisser Gase an den Ventilen die Sprünge in diesen Bereichen sehr schnell vergrössert. Die Entstehung einer heissen Stelle auf einer Ventilfläche führt zu einem aus gebrannten Ventil, womit gleichzeitig eine Verringe rung der Leistung des betreffenden Zylinders verbun den ist.
Ausserdem können Sprünge an den Kanten der Öffnungen für Zündkerzen und sonstige öffnun- gen entstehen. Diese Sprünge sind im allgemeinen direkt auf die Anwesenheit innerer Spannungen im Zylinderkopf oder im Zylinderblock auf Grund von Temperaturunterschieden zwischen der Oberfläche der Verbrennungskammer und der äussern Fläche des Zylinderkopfes zurückzuführen. Solche Spannungen in kritischen Bereichen des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes müssen also vermieden werden.
Die erfindungsgemässe Verbrennungskraftmaschine hat einen Einsatz für thermisch stark beanspruchte Stellen des Verbrennungsraumes unter Belassung einer Ausnehmung zur Aufnahme der thermischen Ausdehnung und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz aus mit Bezug auf seine Warmfestigkeit hoch wertigerem Werkstoff besteht als der WerKstoff des Verbrennungsraumes und auswechselbar ist.
Der Einsatz kann zum Beispiel aus legiertem Stahl bestehen, der warmfester ist als zum Beispiel Gusseisen, aus welchem Zylinderblock und Zylinder kopf meistens bestehen. Bei der erfindungsgemässen Maschine kann die Entstehung örtlicher Sprünge oder Risse oder von Ausbrennungen, beispielsweise im Bereiche der Ventile, vermieden werden. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele zeigen, ausführlich be schrieben.
Fig. 1 ist ein Grundriss eines Zylinderkopfes mit weggebrochenen Teilen, die Einzelheiten einer Ver brennungskammer mit dem erfindungsgemässen Ein satz zeigt.
Fig.2 ist ein vergrösserter Querschnitt auf der Linie 2-2 der Fig. 1.
Fig. 3 ist ebenfalls ein Querschnitt, der eine ab geänderte Form des Einsatzes zeigt.
Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt durch den Zylinder block einer Verbrennungskraftmaschine, bei der die Ventile im Zylinderblock angeordnet sind und die Einsätze einer weiteren Form darstellt.
Fig.5 ist ein Grundriss eines herausgebogenen Teils eines Zylinderblockes gemäss Fig.4 auf der Schnittlinie 5-5 der Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Ansicht eines Schnittes auf der Linie 6-6 der Fig. 4, die den Einsatz für eine Zünd kerze zeigt.
Fig. 7 ist ein Vertikalschnitt durch den Zylinder kopf einer Verbrennungskraftmaschine mit einer wei teren Ausgestaltung des Einsatzes.
Fig. 8 stellt einen Vertikalschnitt durch die obere Fläche der Verbrennungskammer am Zylinderkopf gemäss Fig. 7 dar.
Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt durch einen Teil des Zylinderblockes und des Zylinderkopfes ähnlich dem der Fig. 7 mit einer weiteren Einsatzform, und Fig. 10 zeigt im Grundriss eine weitere Ausgestal tung eines Einsatzes.
In Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Teil des Zylinderkopfes einer Verbrennungs- kraftmaschine, während die Bezugszeichen 11 und 12 die Einlass- bzw. Auslassventile bezeichnen. Die mit Gewinde versehene Öffnung für die Zündkerze ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen. In diesen Darstellungen ist die kritische Fläche jene, die die Zündkerzenöffnung umgibt. Deshalb ist ein Einsatz 14 vorgesehen, der auswechselbar im Zylinderkopf 10 die Öffnung 13, in die die Zündkerze einge schraubt wird, umgibt.
Wie aus Fig. 2 gut zu erkennen, ist die Decke 15 der Verbrennungskammer innerhalb des Zylinder kopfes 10 mit einer Vertiefung 16 versehen, die der Stärke des Einsatzes 14 und einer Dichtung 17 ent spricht. Der Einsatz ist, falls erforderlich, leicht ge wölbt, damit er sich der allgemeinen Form der Ver brennungskammer anpasst, und ist mit einer Öffnung 18 versehen, die mit der Öffnung 13 für die Zünd kerze zur Deckung gelangt. Die Öffnung oder Boh rung 18 kann auch auf ihrer Innenseite mit Gewinde versehen werden, um das untere Ende der Zündkerze aufzunehmen, oder glatt sein, wenn eine Zündkerze kleinerer Abmessungen verwendet wird.
Der Einsatz wird durch eine Anzahl Bolzen 19 (Fig. 1) gehalten, wobei vorzugsweise in dem Einsatz die Bolzenköpfe versenkt angeordnet sind, so dass sie mit der äussern Fläche des Einsatzes in einer Ebene liegen. Aus Fig. 2 geht hervor, dass der Durchmesser des Einsatzes etwas kleiner ist als der Durchmesser der Vertiefung 16, in der er Aufnahme findet. Diese Konstruktion gestattet eine relative Ausdehnung zwi schen dem Einsatz 14 und dem Kopf 10, so dass der Zylinderkopf von unerwünschten Spannungen, die durch abnorme Temperaturdifferenzen auftreten, be freit wird. Der Einsatz wird im Bereich der Verbren nungskammer, in der die grossen Temperaturen auf treten, verwendet, und auch wo die grösste Gefahr besteht, dass Sprünge oder Risse auftreten.
Normaler weise treten diese Sprünge oder Risse zwischen der Zündkerzenöffnung und den Ventilsitzen auf, so dass der Einsatz nach Fig. 1 im kritischsten Gebiet an geordnet ist.
In Fig. 3 ist der Zylinderkopf 42 bei 43 mit einer Vertiefung versehen, und die obere Wand der Ver brennungskammer 44, die gewölbt, konkav oder kon vex sein kann und im vorliegenden Fall konvex ist, ist im Bereich rund um die Bohrung 52 der Zünd kerze zur Aufnahme des Einsatzes 45 und der Dich tung 46 verbreitert. Der Einsatz ist mit Rippen 47 versehen, die durch entsprechende Öffnungen 48 mit Spiel in den Wassermantel 49 innerhalb des Zylinder kopfes 42 hineinragen, um die Wärme so schnell wie möglich an das flüssige Kühlmittel abzugeben.
Vor zugsweise wird der Einsatz vermittels Bolzen 50 in der in der Zeichnung gezeigten Art und Weise ge halten, die vollständig durch den Zylinderkopf hin durchgehen, so dass Teile dieser Bolzen, die von dem Kühlmittel im Wassermantel 49 umspült werden, auch zur schnellen Wärmeabführung beitragen. Es können aber auch versenkte Bolzen 51 verwendet werden.
In Fig. 4 besitzt die dargestellte Maschine einen Zylinderblock 60 mit Zylinderbohrungen 61 für die Kolben 62. Der Zylinderkopf 63 wird zusammen mit der dazwischengelegten Dichtung 64 vermittels übli cher Einrichtungen am Block 60 befestigt, so dass oberhalb der Kolben 62 eine Verbrennungskammer 65 entsteht, die sich von den Zylinderbohrungen 61 seitlich erstreckt. Die Ventile, beispielsweise 66, und die Kanäle 67 liegen im Zylinderblock, wie das bei seitlich gesteuerten Maschinen mit stehendem Ventil allgemein üblich ist.
Der Teil des Zylinderblockes, der zur Verbren nungskammer 65 frei liegt und sich im Bereich der Ventile befindet, stellt ein kritisches Gebiet dar, und demzufolge ist erfindungsgemäss dieses Gebiet mit einer Ausnehmung 68 versehen, in dem ein Einsatz 69 angeordnet ist. Zwischen dem Einsatz 69 und dem Zylinderblock ist eine Dichtung 70 angeordnet. Der Einsatz 69 überdeckt den Bereich der Ventile 66 und 71, und die Ventilsitze sind direkt in dem Einsatz 69, wie klar aus Fig. 4 zu erkennen, angeordnet.
Zur Befestigung des Einsatzes 69 sind Bolzen 72 vorgesehen, deren Köpfe in Ausnehmungen des Ein satzes liegen, so dass sie mit der frei liegenden Fläche des Einsatzes in einer Ebene liegen. Der Einsatz selbst ist von etwas kleineren Abmessungen als die Ausnehmung im Zylinderblock, in die er eingesetzt ist und in der er durch die Bolzen 72 befestigt wird. Der Spielraum zwischen der Ausnehmung 68 und dem Einsatz 69 gestattet eine Ausdehnung des Ein satzes, ohne dass dem Zylinderblock unerwünschte Spannungen übertragen werden.
Da auch das Gebiet im Bereich der Zündkerze ein kritisches Gebiet ist, ist die Zündkerze 75, wie aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich, in einem Einsatz 76 befestigt, der vermittels Bolzen 77 am Zylinderkopf 63 befestigt ist. Dieser Einsatz besitzt einen Flansch 78, der in eine Ausnehmung 79 des Zylinderkopfes eingreift. Der obere Teil 80 des Einsatzes erstreckt sich mit Spiel durch den Zylinderkopf hindurch, um eine bessere Kühlung zu erzielen und um auch die Vorteile des hochwertigen Materials, aus dem der Einsatz 76 hergestellt ist, auszunutzen. Die Gewinde öffnung, in die die Zündkerze 75 eingeschraubt wird, ist direkt in dem Einsatz angeordnet.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 7 zusammen mit einem Zylinderkopf 110 einer Verbrennungskraftmaschine gezeigt, die eine Brenn stoffeinspritzdüse<B>111</B> besitzt, und der auf einem Zylinderblock 112 mit Zylinderbohrungen 112' be festigt ist.
Es ist bei Maschinen. dieser Art durchaus üblich, Zylinderköpfe zu verwenden, die flach auf ihrer Unterseite sind, das heisst, der Zylinderkopf besitzt keine Ausne'hmung oder Kammer, die eine Verbrennungskammer bildet, sondern die Verbren nungskammer wird oberhalb der obern Fläche des Kolbens in der obern Totpunktlage mit der ebenen untern Fläche des Zylinderkopfes und der umgeben den Wand der Zylinderbohrung dieses Teils gebildet, das heisst, die freiliegende Oberfläche 113 des Zylin derkopfes innerhalb der Zylinderbohrung 112' ist eine ebene Fortsetzung der Oberfläche 114, die gegen den Zylinderblock 112 liegt. Der Teil 113 des Zylinderkopfes, der frei liegt, ist mit einer Ausnehmung 115 versehen, in der ein Einsatz 116 eingebracht ist.
Der Einsatz besitzt eine untere Fläche 117, die den Verbrennungsprodukten ausgesetzt und, wie gezeigt, flach ist. Die obere Fläche 118 des Einsatzes ist ebenfalls flach in ihrem grössten Teil und liegt in der Ausnehmung 115 auf einer in die Ausnehmung des Zylinderkopfes eingelegten Zwi schendichtung 119.
Der Zylinderkopf 110 besitzt einen Wassermantel 120, und der Einsatz 116 ist mit einer Verstärkung 121 versehen, die mit Spiel, wie dargestellt, in den Wassermantel hineinragt. Die obere Wand 122 des Zylinderkopfes 110 ist mit einem geneigt angeord neten Flansch 123 ausgestattet, der eine konzen trische Bohrung 124 enthält, in der der Teil 125 der Brennstoffeinspritzeinrichtung 111 frei liegt. Der Ge windeschaft 130 der Einrichtung<B>111</B> besitzt einen verringerten Durchmesser, verglichen mit dem Haupt teil 125, und zwischen Gewindeschaft und Hauptteil ist eine Dichtung 126 angeordnet, die gegen die Flä che 128 der Verstärkung 121 liegt. Der Hauptteil 125 der Einspritzeinrichtung ist in der Bohrung 124 durch eine Dichtung 127, die in der Wand 122 des Flan sches 123 liegt, abgedichtet.
Die Verstärkung 121 des Einsatzes, die mit Spiel in einer Öffnung der untern Zylinderkopfwand liegt, ist zylindrisch und besitzt eine obere Fläche 128, die geneigt liegt, so dass sie mit der Achse der Einspritz- vorrichtung 111 einen rechten Winkel bildet. Die Verstärkung 121 hat eine Bohrung 129, in die Ge winde eingeschnitten ist, so dass der Gewindeschaft 130 der Einspritzvorrichtung 111 in diese einge schraubt werden kann. Auf diese Weise dient die Ein- spritzeinrichtung 111 auf Grund ihrer Schraubver bindung mit dem Einsatz zur Halterung des Einsatzes, vorzugsweise werden jedoch auch Bolzen 135 zu sätzlich verwendet, so dass der Einsatz sicher im Zy linderkopf befestigt ist.
Die Verstärkung 121 dient zusätzlich zur Befestigung der Brennstoffeinspritzein- richtung auch der Wärmeableitung, die in der Ver brennungskammer erzeugt wird, an das Kühlmittel, was um so vorteilhafter ist, als die Verstärkung in den Wassermantel hineinragt und mit einer verhält nismässig grossen Fläche direkt mit dem Kühlmittel in Berührung ist.
Zwischen dem Umfangsrand 131 des Einsatzes und der umgebenden Wand 132 der Ausnehmung <B>115</B> ist ein Zwischenraum vorhanden. Ausserdem kann der Einsatz mit Öffnungen versehen sein, falls die Maschine die üblichen Ventile besitzt, was durch die Bezugszeichen 133 und 134 dargestellt ist. Wenn natürlich die Maschinen sowohl Einlass- wie auch Auslassöffnungen in der Zylinderbohrung besitzen, sind keine derartigen Öffnungen vorgesehen. Wenn aber derartige Ventile verwendet werden, können die Ventilsitze direkt in den Öffnungen in dem hochwer tigeren Material des Einsatzes selbst hergestellt wer den anstatt im Zylinderkopf 110.
In Fig. 9 ist der Einsatz 150 von kreisförmiger Gestalt mit einer Verstärkung 151 wie der Einsatz gemäss Fig. 7 und 8 und ragt mit etwas Spiel durch eine Öffnung in den Wassermantel 152 des Zylinder kopfes 153. Hierbei erstreckt sich aber das kritische Gebiet über die gesamte Fläche der Zylinderbohrung 156, und die Randkantenteile 154 des Einsatzes 150 überlappen jenen Teil des Zylinderblockes 155, der die Zylinderbohrung 156 umgibt. Dadurch wird der Einsatz nicht nur durch die Einspritzeinrichtung 157 festgehalten, sondern auch dadurch, dass der Einsatz zwischen dem Zylinderblock 155 und dem Zylinder kopf 153 eingeklemmt wird.
Zusätzliche Befesti gungsbolzen sind nicht erforderlich, selbst wenn es wünschenswert wäre, da sich der Einsatz dann leich ter und gleichmässiger innerhalb der Grenzen des Raumes 158, der hierfür vorgesehen ist, ausdehnen kann. Eine abgeänderte Ausgestaltung ist in Fig. 10 dargestellt, die einen Zwillingseinsatz 160 zeigt, der in einer geeigneten Ausnehmung 161 des Zylinder kopfes 162 angeordnet ist. In diesem Fall erstreckt sich das kritische Gebiet über zwei benachbarte Ver- brennungskammerflächen 163 und 164, die auch der Einsatz überdeckt, die durch einen Mittelteil 165, der jenen Teil des Zylinderblockes überdeckt, der zwi schen den beiden Zylindern liegt, verbunden werden.
Der Mittelteil des Einsatzes ist mit Öffnungen 166 und 167 für den Wassermantel versehen, die mit den üblichen Verbindungsleitungen in Zylinderblock und -kopf zur Deckung kommen. Der Einsatz 160 kann den Zylinderblock, wie im Fall von Fig. 9, überdek- ken oder kann vollständig innerhalb der Verbren nungskammer, wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, liegen. Auf Grund der grossen Fläche eines solchen Einsatzes kann es wünschenswert sein, Befestigungsschrauben 168 und auch Ventilöffnungen 169, falls erforderlich, vorzusehen.
Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung über deckt der Einsatz das kritische Gebiet der Verbren nungskammer und ist einige Hundertstelmillimeter kleiner im Durchmesser als die Ausnehmung, so dass sich der Einsatz frei ausdehnen und zusammenziehen kann und unabhängig vom Zylinderblock oder -kopf. Demzufolge werden abnorme Spannungen, die zu Rissen im Zylinderkopf oder Zylinderblock führen können, vermieden. Sollte der Einsatz beschädigt wer den, kann er leicht ohne grosse Kosten ausgewechselt werden.
Obgleich der erfindungsgemässe Einsatz in den Zeichnungen an Brennkraftmaschinen beschrieben worden ist, deren Ventile im Kopf liegen, lässt sich der Einsatz auch für alle andern Arten von Brenn- kraftmaschinen verwenden, deren Ventile im Zylin der oder im Block angeordnet sind.