DD155539A1

DD155539A1 - Ventilsitzring fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD155539A1
Application number: DD80226269A
Authority: DD
Inventors: Eckart Mueller; Wolfgang Held
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1982-06-16
Also published as: GB2065770A; FR2488652B1; IT1134690B; SE8008896L; IN153951B; JPS5698514A; DE2950964A1; HU183271B; SE441851B; FR2488652A1; CH652800A5; GB2065770B; IT8026590A0

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung eines Ventilsitzringes fuer Brennkraftmaschinen liegt, wodurch die Lebensdauer von Brennkraftmaschinen, insbesondere die der Zylinderkoepfe, erhoeht werden kann, besteht die Aufgabe darin, ohne Verwendung teuerer Werkstoffe und ohne die Herstellung oder den Einbau der Ventilsitzringe in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu komplizieren, einen Weg zu finden, wie eine Rissbildung in den Ventilsitzringen vermieden wird. Die Erfindung besteht nunmehr darin, dass die Hoehe des Sitzringes in mm kleiner oder hoechstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten, gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes ist. Dabei wird der mittlere Temperaturgradient ermittelt aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf in der Stegmitte und der Temperatur nahe am Zylinderdurchmesser. Aus dieser Differenz und dem Abstand zwischen den Messpunkten wird anschliessend der Quotient gebildet.

Description

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-A-

Berlin, den 27Λ« 1981 WP F 01 L/226 269 58 585 / 27

Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet wird und der Zylinderdurchmesser zwischen 80 un<ä 150 ram liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist,-

Charakteristik 6er bekannten technischen Lösungen

Ventilsitzringe für Brennkraftmaschinen werden heute meist aus Spezialgußeisen mit Chrom- und Molybdänzusätzen hergestellt. Sie halten im allgemeinen den Beanspruchungen hinreichend stand. Bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen jedoch kommt es je nach dem Gemischbildungs~ bzw. Verbrennungsνerfahreη und nach dem Aufbau des Motors durchaus vor, daß der zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil'im Zylinderkopf verbleibende Steg brennraumseitig Temperaturen von 400 ⁰C und mehr erreicht,- Hauptsächlich ist dies der Fall, wenn eine hohe Luftwirbelintensität im Brennraum und kleine Brennraumöffnungen vorgesehen sind,

"Bei derartigen Temperaturen kann es durchaus vorkommen, daß im Sitzring für das Auslaßventil Risse auftreten, die

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unter Umständen zu Motorschäden und zum Ausfall des Motors führen. Vorzugsweise bilden sich die Risse dabei im Bereich des Ventilsteges, weil dort die höchsten Temperaturen herrschen, wodurch sich infolge großer Temperaturgradienten der Zylinderkopfboden am stärksten durchbiegt» Die durch die thermische Durchbiegung hervorgerufenen Biegebeanspruchungen des Ventilsitzringes führen zusammen mit den mechanischen Beanspruchungen zu der beschriebenen Rißbildung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Ventilsitzringes für Brennkraft maschinen, wodurch die Lebensdauer der Brennkraftmaschinen, insbesondere die der Zylinderköpfe, erhöht werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Verwendung teuerer Werkstoffe und ohne die Herstellung oder den Einbau der Ventilsitzringe zu komplizieren, einen Weg zu finden, wie eine Rißbildung in den Ventilsitzringen vermieden wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Höhe des ^itzringes in mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten, gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes ist (h < 55/grad T in mm)_β

Der Lösungsgedanke beruht also auf den Abbau der durch die Biegung im Ventilsitzring hervorgerufenen Zugspannungen,

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indem die Höhe der Sitzringe verkleinert bzw. auf ein Maß begrenzt wird, bei dem die Zugspannungen vom Material noch aufgefangen werden können, ' .

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der mittlere Temperaturgradient in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf in der Stegmitte T^ und der Temperatur T₂ nahe am Zylinderdurchmesser, und daß aus dieser Differenz T. =s T₂ und dem Abstand a in mm zwischen den Meßpunkten der Quotient gebildet wird (T grad a (T₁-T₂)/a in K/mm.

Auf diese Weise erhält man den tatsächlichen mittleren Temperaturgradienten, der schließlich ausschlaggebend für die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen ist,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Anordnung der Ventilsitzringe in einem Zylinderkopf von der Brennraumseite her gesehen,

Fig. 2i den Schnitt H-II nach Fig. 1,

Fig. 3s den Schnitt III-III nach Fig. 1, wobei jedoch die thermische Verformung der Zylinderkopfwand angedeutet ist.

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In den Pig« 1 bis 3 sind die Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine und der überwiegend aas Grauguß hergestellte Zylinderkopf dargestellt. Der Zylinder 1 weist einen Durchmesser D auf und sein Mittelpunkt vjird durch den Schnittpunkt von zwei Achsen x, y gebildete Innerhalb des Durchmessers D sind im Zylinderkopf 2 ein^ kleinerer Ventilsitzring 3 für ein nicht dargestelltes Auslaßventil und ein größerer Ventilsitzring für ein ebenfalls nicht gezeigtes Einlaßventil befestigt.

Wie aus Fig_e 1 hervorgeht, liegen die Mittelpunkte der Ven— tilsitzringe 3» 4 auf einer Achse w, die zwar parallel, jedoch um einen Abstand e seitlich versetzt zur Achse χ verläuft. Wird der Motor während des Betriebes derart thermisch belastet, daß an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 im Bereich des Ventilsteges, das ist der Teil -zwischen den beiden Ventilsitzringen 3» 4, Temperaturen von 400 ⁰G und mehr auftreten, so biegt sich die Wand des Zylinderkopfes 2 ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, insbesondere in Richtung der Achse ζ zum Brennraum hin so weit durch, daß es zu einer Rißbildung im Bereich 5 des Ventilsitzringes 3 für das Auslaßventil kommen muß. Um dies zu vermeiden, mißt man an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 einmal im Punkt 6, also in der Stegmitte, die Temperatur T. und einmal im Punkt 7 nahe an der Wand des Zylinders 1 die temperatur T₂, zieht T₂ von T,, ab und teilt den Wert durch den in mm gemessenen Abstand a zwischen den beiden Punkten 6 und 7« Auf diese V/eise erhält man den mittleren Temperaturgradienten grad T in K/mm.

Soll nun eine Rißbildung in den Ventilsitzringen 3» 4 vermieden werden, so muß deren Höhe h in mm kleiner oder

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höchstens gleich 55/grad T sein·

Abschließend sei noch bemerkt, daß der Abstand a auch ermittelt werden kann, indem man von dem halben Zylinderdurchmesser D/2 den Abstand e abzieht (a = D/2 - e in mm)·

Claims

O O R 9 fi 9 "⁶^ 27.4-.1981 ^Ζ ^ ^D WP F 01 L/226 269

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Erfindungsanspruch

1, Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet wird und der Zylinderdurchmesser zwischen 80 und 150 mm liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Höhe (h) des Ventilsitzringes (3, 4) iti mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten (grad T), gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes (2) ist (bS 55/grad T in mm).

2V Ventilsitzring nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Temperaturgradient (grad T) in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf (2) in der Stegmitte (T.) und der Temperatur (T₂) nahe am Zylinderdurchmesser (D), und daß aus dieser Differenz (T,. - T₂) und dem Abstand (a) in mm zwischen den Meßpunkten (6, 7) der Quotient gebildet wird (grad T s (T₁ - T₂)/a in K/mm),

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