DE2555166A1

DE2555166A1 - Zylinderkopf

Info

Publication number: DE2555166A1
Application number: DE19752555166
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Morikawa; Susumu Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1975-09-17
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1977-03-31
Also published as: DE2555166C2; JPS5236215A; US4050244A

Description

TD „ ts Patentanwälte:

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Dipl.-Ing. Tiedtke Dipl.-Chem. Bühling

+ * ■ ■ 8 München 2, Postfach 202403

* Bavariaring 4

^J Tel.: (0 89) 53 96 53 - 56

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8. Dezember 1975 .B 7000

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Toyota-shi, Japan

Zylinderkopf

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor oder dgl. und insbesondere auf eine Gaskanalauskleidung, die die Wand eines Hohlraums im Zylinderkopf überdeckt und Wärme abschirmen soll, die andernfalls vom Abgas zur .Wand des Zylinderkopfes übertragen würde. Unter Gaskanalauskleidung wird hier insbesondere eine Auskleidung bzw. ein Futter im Auslaßkanal eines Zylinderkopfes verstanden.

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Es·ist bereits bekannt,·Zylinderköpfe mit einer Gaskanalauskleidung zu versehen, um zu verhindern, daß Wärme vom Abgas zum Zylinderkopf übertragen wird, der mit .Kühlwasser gekühlt wird..· Diese Maßnahme wird getroffen, um die Temperatur des Abgases hoch zu halten, damit im Auspuffsystem des Verbrennungsmotors eine Nachverbrennung des Abgases erfolgen kann und dadurch das unverbrannte, gasförmige Bestandteile enthaltende Abgas gereinigt wird.

• Eine solche Gaskanalauskleidung sollte aus einem Metall mit hoher Hitzebeständigkeit und verhältnismäßig niedriger Wärmeleitfähigkeit bestehen. Die Gaskanalauskleidung wird in einem Hohlraum im Zylinderkopf so angeordnet, daß zwischen der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf und der Gaskanalauskleidung ein Ringraum gebildet wird. Der Ringraum um die Gaskanalauskleidung herum schirmt die Wärme des durch die Gaskanalauskleidung strömenden Abgases ab, so daß die Abgaswärme nicht in unerwünschter Weise zum Zylinderkopf übertragen wird.

Der Hohlraum bzw. Abgaskanal in einem Zylinderkopf hat jedoch in der Regel einen komplizierten Verlauf, was dazu führt, daß eine solche Gaskanalauskleidung in der Regel_aus zwei Hälften, nämlich einer oberen und einer unteren Hälfte, hergestellt wird, die entlang geeigneter Ränder oder Flansche miteinander verschweißt werden, so daß

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sich eine einstückige Gaskanalauskleidung ergibt.

Es ist bisher' üblich, die Gaskanalauskleidung in den Zylinderkopf durch Eingießen einzubauen.. Dies heißt, daß die'verschweißte und somit einstückige Gaskanalauskleidung -zunächst -in einen Sandkern eingeformt wird, wonach dieser Sandkern in einen Formhohlraum zwischen einer unteren Formhälfte und einer oberen Formhälfte einer Gießform eingesetzt wird, in die dann eine Gießschmelze gegossen wird. Dabei wird das eine Ende der Gaskanalauskleidung in die Innenwand des gegossenen Zylinderkopfes eingebettet bzw. eingegossen, wogegen das andere Ende der Gaskanalauskleidung frei bleibt. Nach dem Abkühlen wird der Kernsand entfernt, so daß ein Ringraum zwischen der Wand eines Hohlraumes.im Zylinderkopf und der Gaskanalauskleidung freigelegt wird. Dann wird das andere Ende der Gaskanalauskleidung mit der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf verschweißt oder mittels eines Dichtungsteils abgedichtet, wodurch der Ringraum vollständig abgeschlossen wird. Dieses herkömmliche Verfahren erfordert somit entweder eine Schweißung oder ein Dichtungsteil und hat als weitere Nachteile, daß Abmessungsfehler oder Toleranzen des Dichtungsteils und der Gaskanalauskleidung unzureichende Dichtheit hervorrufen können und daß zur Herstellung des Zylinderkopfes verhältnismäßig viel Arbeitszeit benötigt wird.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf mit, einer Gaskanalauskleidung zu schaffen, die mit weniger .Bauteilen auskommt und daher zu einer Verminderung der zur Herstellung des.Zylinderkopfes benötigten Arbeitszeit führt. - . '

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Zylinderkopfes mit einer Gaskanalauskleidung, die für hohe Wärmeisolierung sorgt bzw.. verhindert, daß Wärme .vom
Abgas, zur Wand des. Hohlraums des Zylinderkopfes übertragen wird, so daß die Reinigungsleistung hinsichtlich unver-•brannter Bestandteile im· Abgas erhöht wird..

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Zylinderkopfes mit einer Gaskanalauskleidung, bei der ' für formschlüssige und dennoch zuverlässige Dichtung an der Wand des' Hohlraumes im Zylinderkopf gesorgt ist.

Erfindungsgemäße Zylinderköpfe sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist ein Zylinderkopf mit einer
rohrförmigen Gaskanalauskleidung vorgesehen, die aus hitzebeständigein Metall besteht, wobei zwischen der Gaskanalauskleidung und der Wand eines Hohlraumes im Zylinderkopf

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ein Ringraum besteht, der wirksam verhindert, daß Wärme vom Abgas zum Zylinderkopf übertragen wird. Eine rohr- ' förmige Gaskanalauskleidung gemäß der Erfindung ist an ihrem einen bzw. ersten Ende,' das einem Brennraum zugewandt ist,, in der· Wand des Hohlraumes im eigentlichen Zylinderkopf befestigt bzw. eingebettet und an ihrem anderen bzw. zweiten Ende, das einer Abgasleitung zugewandt ist, so aufgeweitet, . daß dort enger Kontakt zwischen der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf und der Gaskanalauskleidung besteht.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß.das aufzuweitende Ende der Gaskanalauskleidung an seinen gegenüberliegenden Seitenrändern mit Flanschen versehen ist> die eine verhältnismäßig große Fläche haben, so daß sie sich beim Aufweiten entsprechend verformen bzw. anpassen können.'

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß am unteren Teil bzw. der unteren Hälfte der Gaskanalauskleidung ein .vorspringender Wulst angeformt ist, der in einen entsprechenden konkaven Abschnitt in der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf· eingesetzt bzw·, eingepaßt werden kann, damit -verhindert wird, daß die Gaskanalauskleidung durch thermische Dehnung oder Kontraktion verschoben wird.

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■ Weitere Merkmale, und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme' auf die· Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1. eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Gaskanalauskleidung für einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf; und . -

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit eingebauter Gaskanalauskleidung.

" - Im folgenden wird zunächst auf Fig. 1 eingegangen, in der'eine Gaskanalauskleidung 2 dargestellt ist. Diese Gaskanalauskleidung umfaßt zwei mit einer Presse - geformte 'Hälften, nämlich eine obere Hälfte 3 und eine untere Hälfte 4, ■die jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt haben und aus rostfreiem Stahl gefertigt sind. Die obere .Hälfte 3 und die untere Hälfte 4 weisen jeweils Flansche 5 bzw. 6 auf, die entlang der Trenn- bzw. Teilfläche zwischen der oberen Hälfte und der unteren Hälfte verlaufen und an ihren Rändern miteinander verschweißt sind, so daß die Gaskanalauskleidung ein zusammenhängendes Teil"ist.

Am einen Ende der ersten bzw. oberen Hälfte 3 ist ein Flansch 7 angeformt, der radial nach außen weist. Ferner sind an den entgegengesetzten Seitenrändern der oberen Hälfte

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an der Trennfläche nach außen weisende Flansche 5 angeformt. In der oberen Hälfte 3 ist eine- öffnung 8 ausgebildet, die von einem Flansch umgrenzt wird, der von der Oberfläche der oberen Hälfte aus nach .außen verläuft. Der Flansch 7 befindet,sich am mit 18 bezeichneten Ende der obere Hälfte An den entgegengesetzten Se.itenrändern der zweiten bzw. unteren Hälfte 4 der Gaskanalauskleidung sind nach außen weisende Flansche 6 ausgebildet. Die Flansche 6 haben genau·die gleiche Form wie die Flansche 5,so daß sie mit diesen zum Schweißen zur Deckung gebracht werden können. Auf der Außenseite, der unteren Hälfte 4 ist ein vorstehender Wulst . 9 mit halbkreisförmxgem Querschnitt angeformt, der in einen konkaven Abschnitt in der Wand eines Hohlraumes eingesetzt _; bzw, eingepaßt werden soll. Die Abschnitte 10 der Flansche und 6, die sich am zum Ende 18 entgegengesetzten Ende 12 der oberen und unteren Hälften 3 .und 4 befinden, sind breiter als die übrigen Abschnite der Flansche 5 und 6, damit sie sich der folgenden Aufweitung anpassen können. Die obere Hälfte 3 und die untere Hälfte 4 werden nämlich an ihren Rändern 11 miteinander verschweißt und dann beim Gießen ■ des Zylinderkopfes in diesen eingegossen. Nachdem der Formbzw. Kernsand entfernt worden ist,, wird das Ende 12 der Gaskanalauskleidung 2 aufgeweitet. Dabei ermöglichen dann die breiteren Flanschabschnitte 10, daß das Ende der Gaskanalauskleidung sich allmählich erweiternd ausgebildet wird.

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Beim Guß werden die Flansche 5 und 6 der oberen ■ Hälfte 3 und der unteren Hälfte 4, der Wulst' 9 sowie der. . Flansch 7 der oberen Hälfte 3 in die Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf· eingebettet. Der· Wulst 9 und der Flansch 7 verhindern daher, daß die Gaskanalauskleidung 2 in Axial- . richtung verschoben wird, während die Aufweitung an.der Gaskanalauskleidung vorgenommen wird, so daß die Gaskanalauskleidung 2 trotz häufiger thermischer Dehnungen und Kontraktionen relativ zu einer Wand 17 des Zylinderkopfes in Stellung gehalten wird. ' . ■ .

Fig. 2- zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaskanalauskleidung, die '.in einen Zylinderkopf 1 eingebaut ist. Diese Gaskanal-,auskleidung ist nach der Entfernung des Formsandes in zuvor beschriebener. 'Weise an ihrem Ende 12 aufgeweitet worden. Das Aufweiten des. Endes 12 der Gaskanalauskleidung erfolgt mittels eines starren Dornes.oder mittels einer Drückrolle in der Weise, daß enger Kontakt zwischen der Gaskanalauskleidung 2 und der· Wand 17. des Hohlraumes im Zylinderkopf 1 hergestellt wird, so daß dadurch ein wärmeisolierender Ringraum bzw. eine Kammer 13 gebildet wird. Auch der Flansch 7 und der Wulst 9, die in die Wand 17 des Zylinderkopfes 1 eingebettet sind, sorgen für eine feste Verbindung. Im Zylinderkopf befindet sich ferner ein Brennraum 16, und außen ist an den Zylinderkopf eine Abgasleitung 15 angeschlossen. Das Innere der

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Gaskanalauskleidung 2 bildet, somit einen Abgaskanal '14. Da zwischen der. Innenwand des Zylinderkopfes und der Gaskanalauskleidung 2 ein Luftraum bzw. die Kammer 13 ausgebildet ist, wird die Wärme .des Abgases, nicht, zur Wand des · Hohlraumes im Zylinderkopf 1 übertragen.'■

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung des Zylinderkopfes mit der erfindungsgemäßen Gaskanalauskleidung ergibt,, ist die Anzahl der zur Herstellung der Gaskanalauskleidung einzubauenden Teile gering, wobei dennoch eine dicht abgeschlossene Luftkammer bzw. ein Ringraum zwischen der Wand'des Hohlraumes im Zylinderkopf und der Gaskanalauskleidung besteht. Die dadurch mögliche hohe •Abgastemperatur ermöglicht eine bessere Reinigung des Abgases hinsichtlich der unyerbrannten Bestandteile im Abgas.

Bei der Erfindung handelt es sich in ihrer bevorzugten Ausführungsform um einen Zylinderkopf mit einer rohrförmigen Gaskanalauskleidung aus einem hitzebeständigen Metall, wobei ein Ringraum zwischen der Gaskanalauskleidung und der Wand eines Hohlraumes im Zylinderkopf besteht, so daß der von der Gaskanalauskleidung und der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf begrenzte Ringraum dafür sorgt, daß die Wärme des Abgases nicht zum Zylinderkopf übertragen wird. Diese rohrförmige Gaskanalauskleidung ist an ihrem einen,

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einem Birennrauia zugewandten Ende durch Eingießen im. Zylinderkopf befestigt bzw.. eingebettet und an ihrem anderen, einer Abgasleitung.zugewandten.Ende so nach außen aufgeweitet, daß dort enger Kontakt zwischen der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf und der Gaskanalauskleidung· besteht. An der ■ unteren Hälfte der "rohrförmigen Gaskanalauskleidung ist ein nach außen weisender Wulst angeformt, der in einem entsprechenden konkaven Abschnitt in der Wand des Hohlraumes im Zylinderkopf sitzt und verhindert, daß die Gaskanalauskleidung durch thermische Dehnung oder Kontraktion verschoben wird. - · . -

Die vorstehende Beschreibung soll lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutern. Die vorliegende Offenbarung setzt den Fachmann in die Lage, Änderungen und Abwandlungen des·Ausführungsbeispiels im Rahmen der Erfindung vorzunehmen. Auch solche Abwandlungen und Änderungen fallen in den Rahmen und unter den Grundgedanken der Erfindung, wie er durch die Patentansprüche gekennzeichnet ist.

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Claims

Patentansprüche

/1. / Zylinderkopf mit einem darin ausgebildeten Hohlraum, dessen erstes Ende in einen Brennraum und dessen zweites Ende in • eine Abgasleitung mündet,, und einer rohrförmigen Gaskanalauskleidung aus hitzebeständigem Material, die im Hohlraum so.angeordnet ist, daß zwischen der Gaskanalauskleidung und der Wand des Hohlraumes ein Ringraum besteht, dadurch.gekennzeichnet, daß sich ein Ende ..(18) der Gaskanalauskleidung ■ (2) nahe dem ersten Ende des. Hohlraumes befindet und dort fest mit dem Zylinderkopf (1) verbunden ist und daß sich das andere Ende (12) der Gaskanalauskleidung nahe dem zweiten Ende des Hohlraumes befindet und daß dieses Ende so aufgeweitet ist, daß dort enger Kontakt zwischen der Gaskanalauskleidung .und der Wand (17) des Hohlraumes besteht.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Gaskanalausklexdung (2) eine obere Hälfte (3) und eine untere Hälfte (4) umfaßt, von denen jede einen halbkreisförmigen Querschnitt hat, daß die Hälften identisch geformte Flansche (5, 6) auf v/ei sen, die entlang der Ränder der Hälften und von diesen nach außen verlaufen, und daß die Flansche am anderen bzw. zweiten Ende (12) der Gaskanalausklexdung Abschnitte (10) aufweisen, die breiter als die

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übrigen. Abschnitte der Flansche sind.

-3* Zylinderkopf, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Gaskanalauskleidung (2.) eine obere Hälfte (3) und eine untere Hälfte (4) umfaßt, von denen jede einen, im wesentlichen halbkrexsförmigen.Querschnitt hat, ■ und daß sowohl die obere Hälfte als auch' die untere .Hälfte jeweils Flansche aufweist, die von ihren Rändern- im wesent-.„ liehen radial nach außen und entlang dieser Ränder verlaufen.

'4. . Zylinderkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine bzw.' erste Ende der oberen Hälfte (3) in die Wand (17) des.Hohlraumes im Zylinderkopf (1) eingebettet • ist und.daß ein Abschnitt der unteren Hälfte, nahe deren erstem Ende einen nach außen weisenden Wulst (9) umfaßt, der -fest in einem entsprechenden konkaven Abschnitt in der Wand . des Hohlraumes sitzt.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Hälfte (3) einen weiteren Flansch (7) aufweist, der an ihrem einen ,bzw. ersten Ende nach außen verläuft und der in der Wand (17) des Hohlraumes im Zylinderkopf (1) eingebettet ist.. ·

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