DD290705A5 - CERAMIC GAS CHANNEL EQUIPMENT FOR CYLINDER COILS OF COMBUSTION ENGINES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine keramische Gasfuehrungskanalauskleidung fuer Zylinderkoepfe von Verbrennungsmaschinen, die eine guenstige Waermeisolierung der durch die Abgasleitung stroemenden Abgase bewirkt. Durch die Erfindung sollen Thermoschockprobleme beim Umgusz und Spannungsbelastungen durch die unterschiedlichen Waermeausdehnungskoeffizienten des Umguszmaterials und der Auskleidung vermieden bzw. verringert werden. Erfindungsgemaesz erfolgt dies, indem die Auskleidung quer in einzelne, mindestens zwei Segmente geteilt ist, von denen mindestens ein Segment umgossen ist und die weiteren Segmente nachtraeglich eingefuegt sind. Fig. 2{Gasfuehrungskanalauskleidung, keramische; Zylinderkoepfe; Verbrennungsmaschine; Waermeisolierung; Abgasleitung; Abgase; Spannungsbelastungen; Waermeausdehnungskoeffizienten; Umguszmaterial; Segmente}The invention relates to a ceramic Gasfuehrungskanalauskleidung for cylinder heads of internal combustion engines, which causes a favorable heat insulation of the flue gas flowing through the exhaust pipe. The invention is intended to avoid or reduce thermal shock problems during encasing and stress loads due to the different thermal expansion coefficients of the encasing material and of the lining. Erfindungsgemaesz this is done by the liner is divided transversely into individual, at least two segments, of which at least one segment is encapsulated and the other segments are inserted nachtraeglich. Fig. 2 {Gasfuehrungskanalauskleidung, ceramic; Zylinderkoepfe; Combustion engine; Waermeisolierung; Exhaust pipe; exhaust gases; Stress loads; coefficient of thermal expansion; Umguszmaterial; segments}
Description
Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine keramische Gasführungskanalauskleidung für Zylinderköpfe von Verbrennungsmaschinen. Derartige Auskleidungen in Form eines Hohlkörpers werden auch als Portliner bezeichnet. Üblich ist es, diese Auskleidungen als Gießkern beim Guß des Zylinderkopfes einzusetzen.The invention relates to a ceramic gas guide channel lining for cylinder heads of internal combustion engines. Such linings in the form of a hollow body are also referred to as a portliner. It is customary to use these linings as a casting core during casting of the cylinder head.
Keramische Gasführungskanalauskleidungen in Form eines einteiligen Hohlkörpers sind bereits bekannt (US-PS 3568723 und 3799772). Durch ihren Aufbau mit einem inneren, keramischen Kern und einem äußeren, direkt um den Kern gegossenen Metallmantel wird eine günstige Wärmeisolierung der durch die Abgasleitung strömenden Abgase erreicht. Auf diese Weise bleibt das Temperaturnivoau in der Abgasleitung auf einer solchen Höhe erhalten daß eine Nachnutzung der Abgasenergie möglich ist.Ceramic gas duct liners in the form of a one-piece hollow body are already known (US-PS 3568723 and 3799772). By virtue of its construction with an inner, ceramic core and an outer metal casing cast directly around the core, a favorable thermal insulation of the exhaust gases flowing through the exhaust gas line is achieved. In this way, the Temperaturnivoau remains in the exhaust pipe maintained at such a level that a reuse of the exhaust energy is possible.
Ebenfalls bekannt sind längsgeteilte Auskleidungen (DD-PS 266385). Dabei soll der Aufbau Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des Umgußmaterials und der Auskleidung auftreten, durch eine elastische Zwischenschicht an den Stoßflächen kompensieren.Also known are longitudinally split liners (DD-PS 266385). In this case, the structure should compensate for stresses that occur due to different thermal expansion coefficients of the Umgußmaterials and the lining, by an elastic intermediate layer at the abutting surfaces.
Schwierigkeiten bereitet es, für den keramischen Kern ein geeignetes Material zu finden, das den gestellten Anforderungen gerecht wird. Dieses Material muß neben der chemischen Beständigkeit gegenüber den Abgaskomponenten den Druck des erstarrenden Gießmaterials aushalten und zum anderen gute thermische Beständigkeit und ausgezeichnete Thermoschockfestigkeit aufweisen, um den vorherrschenden hohen Dauer- und Spitzentemperaturen und den beim Gießen auftretenden Temperaturdifferenzen standzuhalten. Hierfür wurden eine Reihe keramische Werkstoffe in Betracht gezogen. So ist es bspw. nach den DE-PS 2163717 und 2354254 bekannt, Mischungen aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid bzw. lehmhaltige Schamotte, Muiitt, Zirkon u. a. und als Bindemittel Tonerde oder Aluminiumphosphat und nach der DE-AS 2750290 und der EP-PS 119499 Aluminiumtitanat einzusetzen.It is difficult to find a suitable material for the ceramic core that meets the requirements. This material must withstand, in addition to chemical resistance to the exhaust gas components, the pressure of the solidifying casting material and, on the other hand, have good thermal resistance and thermal shock resistance to withstand the prevailing high steady and peak temperatures and the temperature differences encountered during casting. For this a number of ceramic materials were considered. So it is, for example, according to DE-PS 2163717 and 2354254 known mixtures of silica and alumina or clay chamotte, Muiitt, zirconium u. a. and as a binder alumina or aluminum phosphate and according to DE-AS 2750290 and EP-PS 119499 aluminum titanate use.
Nachteilig erweist sich jedoch, daß gewisse Werkstoffe, wie SiM*1' '-ncarbid und Aluminiumoxid, aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit eine zu geringe Isolierwirkung besitzen, ν /ährend andere, wie z. B. Aluminiumtitanat, eine zu geringe Festigkeit aufweisen. Auch keramische Werkstoffe mit Silikatfaseranteil (DE-OS 2549256) befriedigen in dieser Hinsicht nicht vollkommen.The disadvantage, however, turns out that certain materials, such as SiM * 1 "carbide and aluminum oxide, due to their thermal conductivity have too low insulation, ν / uring other such. As aluminum titanate, have too low strength. Even ceramic materials with silicate fiber content (DE-OS 2549256) satisfy in this respect is not perfect.
Portliner aus verschweißten Stahlblechhälften sind ebenfalls bekannt (DE-PS 2555166 und DE-OS 2323792), sie besitzen jedoch ein zu geringes Wärmeisolationsvermögen.Portliner made of welded sheet steel halves are also known (DE-PS 2555166 and DE-OS 2323792), but they have too low a thermal insulation capacity.
Ziel der Erfindung Ist es, olne technisch einfache GasführunQskanalauskleidung zu entwickeln, die die technologischen Probleme, die beim Umguß von keramischen Körpern aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Umgußmaterials und der Auskleidung auftreten, löst.OBJECT OF THE INVENTION It is the object of the invention to develop a technically simple gas duct lining which solves the technological problems encountered in the casting of ceramic bodies due to the different coefficients of thermal expansion of the covering material and of the lining.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasführungskanalauskleidung zu schaffen, mit der es mißlich ist, unabhängig von der Form des Kanals bzw. der Auskleidung den Einsau keramischer Werkstoffe als Auskleidungsmaterial zu ermöglichen. Des weiteren soll eine Vergrößerung der Abgasenergie durch Verringerung des Wärmeverlustes im Zylinderkopf erreicht werden.The invention has for its object to provide a gas guide channel lining, with which it is difficult, regardless of the shape of the channel or the lining to allow the Einsau ceramic materials as lining material. Furthermore, an increase in the exhaust gas energy is to be achieved by reducing the heat loss in the cylinder head.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem die Auskleidung quer in einzelne Segmente geteilt ist, von denen ein Segment der Auskleidung vom Ventilsitz bis zum Ende der Auslaßkanalkrümmung reicht und im wesentlichen eine gleiche Krümmung aufweist. Mindestens ein weiteres Segment der Auskleidung reicht von der Auslaßkanalkrümmung bis zur Auslaßkanalöffnung. Das nicht eingegossene Segment bzw. Segmente der Auskleidung sind von der Krümmerseite in den Gasführungskanal des Zylinderkopfes mit einem anorganischen hochtemperaturbeständigen Klebstoff eingefügt und werden mit Hilfe des angeflanschten Krümmers arretiert. Die Segmente bestehen aus keramischen Werkstoffen mit gleichen oder ungleichen Eigenschaften und weisen aber ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Kontaktflächen der Auskleidungssegmente sind mit entgegengesetzten Anfasungen versehen, damit sie formschlüssig zueinander passen. Die erfindungsgemäße Auskleidung gewährleistet, daß das bewegte Medium von einer Isolationsschicht umgeben ist, die ihrerseits formschlüssig von einem Umgußmaterial umgeben ist oder zumindest durch das Umgußmaterial in seiner Lage fixiert wird. Durch den sich vermindernden Wärmeübergang zwischen den Arbeitsgasen und dem Zylinderkopf wird die Vorraussetzung zur thermischen Isolation geschaffen. Die Belastungen beim Umguß werden vom ersten Teil der Auskleidung durch die kugelförmige Ausbildung bzw. den kreisförmigen Querschnitt des Kanals kompensiert. Da die Belastungen während des Motorbetriebes nicht mehr in kritische Temperaturbereiche wie beim Umguß gelangen, kann für den nachträglich einzufügenden Teil der Auskleidung auch ein nichtkreisförmiger Querschnitt verwendet werden. Dadurch werden Platzeinsparungen am Zylinderkopf möglich.According to the invention the object is achieved by the liner is divided transversely into individual segments, of which a segment of the lining extends from the valve seat to the end of Auslaßkanalkrümmung and has substantially the same curvature. At least one other segment of the liner extends from the exhaust passage curvature to the exhaust passage opening. The non-molded segment or segments of the liner are inserted from the manifold side into the gas guide channel of the cylinder head with an inorganic high temperature resistant adhesive and are locked by means of the flanged manifold. The segments are made of ceramic materials with the same or dissimilar properties but have similar thermal expansion coefficients. The contact surfaces of the lining segments are provided with opposite chamfers, so that they fit positively to each other. The lining according to the invention ensures that the moving medium is surrounded by an insulating layer, which in turn is positively surrounded by a Umgußmaterial or at least fixed by the Umgußmaterial in its position. Due to the decreasing heat transfer between the working gases and the cylinder head, the prerequisite for thermal insulation is created. The encumbrances are compensated by the first part of the lining by the spherical formation or the circular cross-section of the channel. Since the loads no longer reach critical temperature ranges during engine operation, as in the case of an encapsulation, a non-circular cross-section can also be used for the subsequently inserted part of the lining. This saves space on the cylinder head.
Ausführungsbeispielembodiment
Die erfindungsgemäße Lösung soll an einem Ausführungsbeispiel mit dazugehörigen Prinzipzeichnungen näher erläutert werden.The solution according to the invention is to be explained in more detail in an exemplary embodiment with associated schematic drawings.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht der Portliner aus zwei ATI-Segmenten 1 und 2. Segment 1 reicht vom Ventilsitz bis zum Ende der Abgaskanalkrümmung und ist analog des Umgusses von Sandkernen umgössen. Segment 2 wird nach Abkühlen des Zylinderkopfes in den Gasführungskanal von der Krümmerseite mittels hochtemperaturbeständigen Klebstoff 3, bis an Segment 1 herangeschoben, eingefügt, wie in Fig. 2 dargestellt. Dazu sind die Kontaktflächen der Segmente mit entgegengesetzten Anfasungen 4 versehen, damit sie formschlüssig zueinander passen.As FIG. 1 shows, the portliner consists of two ATI segments 1 and 2. Segment 1 extends from the valve seat to the end of the exhaust-gas channel curvature and is encircled by sand cores analogously to the encapsulation. Segment 2 is inserted after cooling of the cylinder head in the gas guide channel of the manifold side by means of high temperature resistant adhesive 3, pushed up to segment 1, as shown in Fig. 2. For this purpose, the contact surfaces of the segments are provided with opposite chamfers 4, so that they fit positively to each other.
Durch das Anbringen des Abgaskrümmers erfolgt eine zusätzliche Fixierung der Auskleidung im Gasführungskanal.By attaching the exhaust manifold takes place an additional fixation of the lining in the gas guide channel.
Claims (6)
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Cited By (2)
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DE102007026123A1 (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Volkswagen Ag | Cylinder head for internal combustion engine, particularly motor vehicle, has exhaust manifold manufactured from heat insulating porous material and surface of exhaust manifold facing material of cylinder head |
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1990
- 1990-12-19 IT IT02242590A patent/IT1244196B/en active IP Right Grant
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DE102007026123A1 (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-11 | Volkswagen Ag | Cylinder head for internal combustion engine, particularly motor vehicle, has exhaust manifold manufactured from heat insulating porous material and surface of exhaust manifold facing material of cylinder head |
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