DE102010030499A1

DE102010030499A1 - Zylinderkopf und damit ausgerüstete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010030499A1
Application number: DE102010030499A
Authority: DE
Inventors: Dr. Henne Ingo; Frank Schiefer
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2011-12-29
Also published as: US20130199505A1; CN102959201A; CN106884732A; CA2803022C; US9188079B2; KR20130044307A; JP6434212B2; EP2585699A1; WO2011160624A1; JP2013529742A; CA2803022A1

Abstract

Zylinderkopf (10) und damit ausgerüstete Brennkraftmaschine (1), wobei der Zylinderkopf eine Mehrzahl von jeweils eine zum Leiten eines Mediums vorgesehene Medienkontaktfläche aufweisenden Medienpassagen hat. Der Zylinderkopf ist derart eingerichtet, dass er eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer aufweist. Dies wird u. a. dadurch erreicht, dass die Medienkontaktfläche (11a) wenigstens einer zum Leiten eines korrosiven Mediums vorgesehenen Medienpassage (11) der Mehrzahl von Medienpassagen von korrosionsbeständigem Material gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine mit einem solchen Zylinderkopf ausgerüstete Brennkraftmaschine.
Ein Zylinderkopf der eingangsgenannten Art ist z. B. aus DE 689 27 359 T2 bekannt. Durch die durch den Zylinderkopf hindurchströmenden Medien unterliegt ein solcher Zylinderkopf stetigem Verschleiß, was sich nachteilig auf die Lebensdauer des Zylinderkopfs auswirken kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, welcher eine erhöhte Lebensdauer aufweist Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine mit solch einem Zyfinderkopf ausgerüstete Brennkraftmaschine bereitzustellen.
Die o. g. Aufgaben werden mit einem Zylinderkopf gemäß Anspruch 1 bzw. einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 9 gelöst. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfs sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In jüngster Zeit gibt es auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen einen Trend zur Entwicklung von Abgasrückführsystemen. Da Zylinderköpfe, wie sie z. B. für Großdieselmotoren verwendet werden, üblicherweise aus Gusseisen hergestellt sind, sind diese sehr anfällig für Korrosion. Im Rahmen der Entwicklung von Abgasrückführsystemen wurde dies von den Erfindern als eine der potentiellen Schwachstellen erkannt und es wurde die erfindungsgemäße Lösung entwickelt, mit der sich die Korrosionsbeständigkeit des Zylinderkopfs verbessern und damit dessen Lebensdauer erhöhen lässt.
Demnach weist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine, wie insbesondere einen z. B. für Schiffsanwendungen oder Kraftwerksanwendungen eingesetzten Großdieselmotor, eine Mehrzahl von jeweils eine zum Leiten eines Mediums vorgesehene Medienkontaktfläche aufweisenden Medienpassagen auf, wobei die Medienkontaktfläche wenigstens einer zum Leiten eines korrosiven Mediums vorgesehenen Medienpassage der Mehrzahl von Medienpassagen von korrosionsbeständigem Material gebildet ist.
Durch das korrosionsbeständige Material ist diese Medienpassage gegen durch das korrosive Medium möglichen korrosiven Verschleiß zuverlässig und dauerhaft geschützt, so dass die Medienpassage und damit der gesamte Zylinderkopf eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Das korrosionsbeständige Material ist bevorzugt ein korrosionsbeständiges Gusseisen, wie z. B. austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (z. B. EN-GJSA-XNiCr20-2 oder EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2). Natürlich kommen gemäß der Erfindung auch andere korrosionsbeständige Materialien in Betracht, wie z. B. korrosionsbeständiger Stahl.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Medienkontaktfläche aller zum Leiten von korrosiven Medien vorgesehenen Medienpassagen der Mehrzahl von Medienpassagen von korrosionsbeständigem Material gebildet.
Auf diese Weise ist der Zylinderkopf in der Gesamtheit seiner korrosiv belasteten Medienpassagen zuverlässig und dauerhaft geschützt, so dass Zylinderkopf eine noch höhere Lebensdauer aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jede eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche aufweisende Medienpassage der Mehrzahl von Medienpassagen mit korrosionsbeständigem Material ausgekleidet.
Dies ermöglich vorteilhaft, dass eine solche Medienpassage an sich bzw. der Zylinderkopf an sich aus einem anderen ggf. preiswerteren Material hergestellt sein kann und damit der gesamte Zylinderkopf bei Gewährleistung des Korrosionsschutzes kostengünstiger wird. Bevorzugt ist der Zylinderkopf aus preiswertem korrosionsanfälligem Material hergestellt.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist der Zylinderkopf aus Gussmaterial, wie z. B. EN-GJS-400-15 (GGG-40), hergestellt, wobei das korrosionsbeständige Material jeder von korrosionsbeständigem Material gebildeten Medienkontaktfläche in die jeweilige Medienpassage eingegossen ist.
Auf diese Weise kann der Zylinderkopf an sich preisgünstig und an die im Betrieb hohen Druckbelastungen angepasst hergestellt werden, wobei gleichzeitig auf einfache Weise ein Korrosionsschutz für die korrosiv belasteten Medienpassagen gewährleistet wird.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist jede eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche aufweisende Medienpassage eine aus dem korrosionsbeständigen Material hergestellte Kanal- bzw. Rohranordnung auf, die in den Zylinderkopf eingebettet ist, wobei ein Innenumfang der Rohranordnung die von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche bildet.
Bevorzugt weist die Rohranordnung mindestens ein Rohr oder ggf. eine Mehrzahl von mediendicht aneinandergefügten Rohren auf, so dass die gesamte vor Korrosion zu schützende Medienpassage mit aus korrosionsbeständigem Material hergestelltem Rohr ausgekleidet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Rohranordnung medieneingangsseitig und/oder medienausgangsseitig mit wenigstens einer Dichtfläche versehen, so dass ein mediendichtes Einleiten und/oder Ausleiten eines durch die Rohranordnung der Medienpassage hindurchzuleitenden korrosiven Mediums gewährleistet ist.
Dies bietet vorteilhaft eine sichere Anschlussmöglichkeit für das jeweilige korrosive Medium an den Zylinderkopf.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche aufweisende Medienpassage der Mehrzahl von Medienpassagen als Lufteinlasspassage und insbesondere als Ladelufteinlasspassage ausgebildet.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ausschließlich Medienkontaktfläche der als Lufteinlasspassage bzw. Ladelufteinlasspassage ausgebildete Medienpassage des Zylinderkopfs gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung von korrosionsbeständigem Material gebildet. D. h., gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt ausschließlich in die als Lufteinlasspassage bzw. Ladelufteinlasspassage ausgebildete. Medienpassage eine aus korrosionsbeständigem Material hergestellte wie oben beschriebene Rohranordnung eingebettet bzw. eingegossen.
Wie von den Erfindern erkannt, stellt bei Einsatz eines Abgasrückführsystems gerade die Lufteinlasspassage bzw. Ladelufteinlasspassage eine durch das rückgeführte Abgas besonders korrosiv belastete Medienpassage dar. Durch den erfindungsgemäßen Korrosionsschutz dieser Medienpassage wird diese zuverlässig gegen korrosiven Verschleiß geschützt, so dass das Abgasrückführsystem ohne negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Zylinderkopfs eingesetzt werden kann und damit die Schadstoffemissionen einer mit dem erfindungsgemäßen Zylinderkopf ausgerüsteten Brennkraftmaschine reduziert werden können.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung – soweit dies technisch sinnvoll ist – beliebig miteinander kombiniert sein können.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in jeder denkbaren Kombination bereitgestellt, wobei die Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführsystem versehen ist, und wobei die wenigstens eine eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche aufweisende Medienpassage als Zylinderkopfeingang (insbesondere als Ladelufteinlasspassage) für ein Abgas-Luft-Gemisch an das Abgasrückführsystem angeschlossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Draufsicht des Zylinderkopfs von 1.
Die 1 und 2 zeigen jeweilige Ansichten eines Zylinderkopfs 10 einer turboaufgeladenen Brennkraftmaschine 1 (nicht vollständig gezeigt) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Brennkraftmaschine 1 ist als Großdieselmotor ausgebildet, wie er z. B. für Schiffsanwendungen und Kraftwerksanwendungen (z. B. Power-Plant-Anwendungen) zum Einsatz kommt.
Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Abgasrückführsystem (nicht gezeigt) ausgerüstet, wie es von seiner Grundfunktion her z. B. in DE 4231 218 C1 oder in DE 10 2005 017 905 A1 beschrieben ist.
Der Zylinderkopf 10 ist aus preisgünstigem jedoch korrosionsanfälligem Gussmaterial und bevorzugt aus EN-GJS-400-15 (GGG-40) hergestellt.
Der Zylinderkopf 10 der Brennkraftmaschine 1 weist eine Mehrzahl von jeweils eine zum Leiten eines Mediums vorgesehene Medienkontaktfläche aufweisenden Medienpassagen (nur eine Medienpassage 11 bezeichnet) auf.
Gemäß der Erfindung ist die Medienkontaktfläche 11a wenigstens einer Medienpassage 11, die zum Leiten eines korrosiven Mediums vorgesehen ist, von korrosionsbeständigem Material gebildet. Als korrosionsbeständiges Material ist bevorzugt austenitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (z. B. EN-GJSA-XNiCr20-2 oder EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2) vorgesehen.
In der in den Figuren gezeigten Ausführungsform ist die die von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche 11a aufweisende Medienpassage 11 als Zylinderkopfeingang bzw. Ladelufteinlasspassage für ein Abgas-Luft-Gemisch (als korrosives Medium) an das Abgasrückführsystem angeschlossen. Daher ist die als Ladelufteinlasspassage ausgebildete Medienpassage 11 durch das rückgeführte Abgas korrosiver Belastung ausgesetzt.
Gemäß der mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist die als Ladelufteinlasspassage ausgebildete Medienpassage 11 mit dem korrosionsbeständigen Material ausgekleidet. Genauer gesagt ist das korrosionsbeständige Material in Form einer aus dem korrosionsbeständigen Material hergestellten Rohranordnung 12 in den Zylinderkopf 10 eingebettet, d. h. ist in die als Ladelufteinlasspassage ausgebildete Medienpassage 11 eingegossen, wobei ein Innenumfang (nicht separat bezeichnet) der Rohranordnung 12 die von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche 11a bildet.
Gemäß der mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung weist die Rohranordnung 12 eine Mehrzahl von mediendicht aneinandergefügten Rohren 12a, 12b auf, so dass die gesamte vor Korrosion zu schützende als Ladelufteinlasspassage ausgebildete Medienpassage 11 mit aus dem korrosionsbeständigem Material hergestelltem Rohr ausgekleidet ist.
Wie aus 2 ersichtlich, ist die Rohranordnung 12 medieneingangsseitig und medienausgangsseitig jeweils mit einer Dichtfläche 13 (nur die medieneingangsseitige Dichtfläche 13 ist in 2 gezeigt) versehen, so dass ein mediendichtes Einleiten bzw. Ausleiten des durch die Rohranordnung 12 der als Ladelufteinlasspassage ausgebildeten Medienpassage 11 hindurchzuleitenden korrosiven Mediums gewährleistet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Medienkontaktfläche aller weiteren zum Leiten von korrosiven Medien vorgesehenen Medienpassagen, wie z. B. einer Kühlwasserpassage und einer Abgasausgangspassage, des Zylinderkopfs 10 von korrosionsbeständigem Material gebildet. Bevorzugt ist auch jede dieser weiteren Medienpassagen mit wie oben beschriebenem korrosionsbeständigem Material in Form einer in den Zylinderkopf 10 eingegossenen Rohranordnung 12 ausgekleidet.
Im Fazit wird gemäß der Erfindung in die von Korrosionsangriff betroffenen Bereiche (also z. B. den Ansaugkanal) des Zylinderkopfs 10 ein korrosionsbeständiges Material wie Gusseisen (dessen genaue Qualität in Abhängigkeit des korrosiven Mediums zu wählen ist) eingegossen. Da das korrosionsbeständige Material sehr teuer ist, sollte aus wirtschaftlichen Gründen nicht der ganze Zylinderkopf 10 aus diesem Werkstoff hergestellt bzw. gegossen sein. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird dies vorteilhaft gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
10: Zylinderkopf
11: Medienpassage
11a: Medienkontaktfläche
12: Rohranordnung
12a: Rohr
12b: Rohr
13: Dichtfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 68927359 T2 [0002]
DE 4231218 C1 [0028]
DE 102005017905 A1 [0028]

Claims

Zylinderkopf (10) für eine Brennkraftmaschine (1), mit einer Mehrzahl von jeweils eine zum Leiten eines Mediums vorgesehene Medienkontaktfläche aufweisenden Medienpassagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienkontaktfläche (11a) wenigstens einer zum Leiten eines korrosiven Mediums vorgesehenen Medienpassage (11) der Mehrzahl von Medienpassagen von korrosionsbeständigem Material gebildet ist.
Zylinderkopf (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Medienkontaktfläche (11a) aller zum Leiten von korrosiven Medien vorgesehenen Medienpassagen der Mehrzahl von Medienpassagen von korrosionsbeständigem Material gebildet ist.
Zylinderkopf (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei jede eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche (11a) aufweisende Medienpassage (11) der Mehrzahl von Medienpassagen mit korrosionsbeständigem Material ausgekleidet ist.
Zylinderkopf (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Zylinderkopf (10) aus korrosionsanfälligem Material hergestellt ist.
Zylinderkopf (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Zylinderkopf (10) aus Gussmaterial hergestellt ist, und wobei das korrosionsbeständige Material jeder von korrosionsbeständigem Material gebildeten Medienkontaktfläche (11a) in die jeweilige Medienpassage (11) eingegossen ist.
Zylinderkopf (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche (11a) aufweisende Medienpassage (11) eine aus dem korrosionsbeständigen Material hergestellte Rohranordnung (12) aufweist, die in den Zylinderkopf (10) eingebettet ist, wobei ein Innenumfang der Rohranordnung (12) die von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche (11a) bildet.
Zylinderkopf (10) gemäß Anspruch 6, wobei die Rohranordnung (12) medieneingangsseitig und/oder medienausgangsseitig mit wenigstens einer Dichtfläche (13) versehen ist, so dass ein mediendichtes Einleiten und/oder Ausleiten eines durch die Rohranordnung (12) der Medienpassage (11) hindurchzuleitenden korrosiven Mediums gewährleistet ist,
Zylinderkopf (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die wenigstens eine eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche (11a) aufweisende Medienpassage (11) der Mehrzahl von Medienpassagen als Lufteinlasspassage ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (1) mit einem Zylinderkopf (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasrückführsystem versehen ist, und wobei die wenigstens eine eine von korrosionsbeständigem Material gebildete Medienkontaktfläche (11a) aufweisende Medienpassage (11) als Zylinderkopfeingang für ein Abgas-Luft-Gemisch an das Abgasrückführsystem angeschlossen ist.