DE2847249A1

DE2847249A1 - Zylinderkopf fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2847249A1
Application number: DE19782847249
Authority: DE
Inventors: Max Dipl Ing Albert; Karl-Heinz Ing Grad Caspers
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2847249C2

Description

Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Ein- uad Auslaßventil.
Es ist bekannt, daß der Ventilsteg von Zylinderköpfen hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und deshalb in diesem Bereich zu Rißbildung neigt, die sogar solches Ausmaß annehmen kann, daß die Zylinderköpfe dadurch unbrauchbar werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zerstörung des Zylinderkopfes nach einsetzender Rißbildung zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dicht unter einer Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes und zu dieser parallel liegend im Bereich eines Ventilsteges ein Eingießteil eingegossen ist und daß dieses Teil ganz oder teilweise mit Schlichte bestrichen ist.
Durch diese Maßnahme wird ein weiteres Eindringen eines bereits einsetzenden Risses aufgrund dreier Effekte verhindert.
1. der Riß trifft von der Brennraumoberfläche ausgehend auf das insißtil, das eine ungekerbte Oberfläche repräsentiert und wird an dieser gestoppt. Man macht hier also von der bei Festigkeitsproblemen bekannten Tatsache Gebrauch, daß in einer gekerbten Oberfläche (Ventilstegriß) Spannungsspitzen auftreten. Diese Spannungsspitzen führen nun im Zusammenwirken mit thermischen Beanspruchungen bei dem Zylinderkopf der Erfindung zur Bildung eines Risses, der aber nach dem Eindringen bis an die glatte Oberfläche des ~~Eingießteiles dort gestoppt wird, da sich die geschilderten Spannungsspitzen an der ungekerbten Oberfläche des Eingießteiles nicht ausbilden können. Um tatsächlich eine glatte, kerbfreie Oberfläche des Bleches nach dem Einguß in den Ventilsteg zu gewährleisten, besteht das Eingießteil aus einem Material, dessen Erweichung durch die heiße Gußeisenschmelze des Zylinderkopfes mit Sicherheit vermieden wird. Zudem wird das Eingießteil noch vor dem Eingießen in bekannter Weise teilweise oder ganz mit Schlichte bestrichen als zusätzliche Maßnahme zur Erzielung einer glatten, kerbfreien Oberfläche. Die erfindungsgpmäße Maßnahme verhindert durch vernachlässigbaren Mehraufwand in der Fertigung die Zerstörung von Zylinderköpfen durch sich ausbreitenden Ventilstegriß.
2. Das Eingießteil kann leichter als der ganze Zylinderkopf mit einer optimalen Eigenschaftskombination versehen werden, da sich der Preis infolge hoher Legierungsbestandteile im Eingießteil wegen dessen geringer Masse kaum auswirkt.
3. Durch die Lage des Eingießteiles unter der Oberfläche wird es thermisch nicht so hoch belastet, verglichen mit den Teilen unmittelbar im Bereich der Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes.
Eine vorteilhafte Weiterbildung kann den Ansprüchen 2 und 3 entnommen werden.
Nach dieser -Ausführung kommt ein über den Stegbereich hinausragendes Eingießteil zur Anwendung, welches fest im Zylinderkopf verankert ist, und sich wegen der endseitigen Ansätze während des Gießvorganges sicher in seiner Position verankern läßt, wobei die Ansätze nach dem Einguß durch Nacharbeit entfernt werden. Wegen der geringen Masse des Eingießteiles ist ohne hohe Mehrkosten Material optimaler Eige;nschaftskombination wie Festigkeit, Kriecheigenschaft, Wärmedehnung und E-Modul anwendbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung kann Anspruch 4 entnommen werden.
Mit dieser Ausführungsart wird ebenfalls Material hoher Zugfestigkeit zur Anwendung gebracht, da der Preis der Legierung nicht nennenswert angesichts des geringen Materialaufwandes ist. Um klare Trennung des Bleches vom umgebenden Guß bzw.
Trennung der Bleche untereinander bei Verwendung mehrerer Bleche zu gewährleisten, wird ganz oder teilweise mit Schlichte bestrichen.
Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes mit eingegossenem Blech, Fig. 2 Schnitt II-II durch den Ventilsteg mit Blech zwischen den Ventilsitzen Fig. 3 Schnitt III-III durch Zylinderkopf nach Fig. 1 mit Bohrung für die Einspritzdüse.
Fig.- 4 Draufsicht auf die Brennraumoberfläche mit Gußteil Fig. 5 Schnitt V-V durch den Ventilsteg mit Gußteil zwischen den Ventilsitzen Fig. 6 Schnitt VI-VI durch Zylinderkopf mit Bohrung für Einspritzdüse.
Die in Fig. 1 dargestellte Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes 1 zeigt die oeffnungen eines Einlaß- und Auslaßventils 2, 3 und die Mündung der Bohrung eines Einspritzventiles 4. Zwischen den beiden Öffnungen für die Ventile ist dicht unter der Oberfläche ein Blech 9 in den Ventilsteg 6 eingegossen.
Die Lage des Bleches bezüglich der Oberfläche des Zylinderkopfes 1 kann den Fig. 2 und 3 entnommen werden.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Ventilebene des Zylinderkopfes 1 zu sehen. Zwischen den Ventilen im Ventil steg 6 ist das dicht unter der Oberfläche ein- -gegossene Blech 9 zu erkennen. Um eine kerbfreie Oberfläche des Bleches 9 zu gewährleisten, besteht dieses aus warmfestem Material, um nicht beim Abguß aufzuschmelzen und obendrein wurde es vor dem Einlegen in die Gießform noch mit Schlichte bestrichen.
Ein von der Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes ausgehender Riß im Ventil steg 6 wird am Fortschreiten durch das Auftreffen auf die kerbfreie Oberfläche des Bleches 9 gestoppt, da dieses zum Abbau der sonst im Grund des Risses auftretenden Kerbspannung führt.
Figur 3 zeigt einen Schnitt III-III durch den Ventilsteg 6 und die Bohrung der Einspritzdüse 4. Im Ventilsteg ist wieder das eingegossene Blech 9 zu erkennen, welches dicht unter der Oberfläche und parallel zu dieser liegt. Man ersieht aus dem Schnitt, daß durch die Materialanhäufung im Ventilsteg 6 schlechte Kühlverhältnisse vorliegen, die zwangsläufig zu Wärmespannungen führen und Risse zur Folge haben, die aber durch das eingegossene Blech 9 zum Stoppen gebracht werden können.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen eine Variante des Eingießteiles 5,welches hier als Gußteil 7 ausgebildet ist. In Figur 4 ist die Draufsicht auf das Gußteil dargestellt, das wie durch die strichlierten Linien dargestellt, sich unterhalb der Brennraumoberfläche aber zu dieser flächenparallel befindet. Die strichpunktiert eingezeichneten Ausnehmungen für die Ventilsitze werden nach dem Einguß herausgearbeitet.
Endseitig ist das Gußteil 7 mit Ansätzen 8 versehen, welche eine Fixierung während des Eingießens im Zylinderkopf 1 gewährleisten.
Figur 5 zeigt einen Schnitt durch den Ventilsteg mit Gußteil 7 im Bereich zwischen den Ventilsitzen. Das Gußteil liegt dicht unter der Oberfläche des Zylinderkopfes und ist in dem Stegbereich mit Schlichte bestrichen, um eine klare Trennung zum umgebenden Zylinderkopfguß zu gewährleisten, damit ein einsetzender Stegriß-auch tatsächlich auf eine glatte Oberfläche trifft und nicht auf eine durch Anschmelzvorgänge bereits wiederum gekerbte Fläche.
Figur 6 zeigt einen Schnitt VI-VI durch Ventil steg und Bohrung der Einspritzdüse. Das Gußteil erstreckt sich beidseits über den eigentlichen Stegbereich hinaus und ist damit zuverlässig im umgebenden Zylinderkopf verankert. Die Ansätze 8 dienen der Fixierung des Gußteiles während des Zylinderkopfabgusses und werden durch Nacharbeit abgetragen.
In dem mit A gekennzeichneten Stegbereich wurde das Gußteil vor dem Eingießen mit Schlichte bestrichen, damit nach dem Erstarren der Schmelze die Oberfläche des Gußteiles gewahrt bleibt und seine ihm zugedachte Funktion als Rißstopper in der beabsichtigten Art und Weise übernimmt.
Leerseite

Claims

PATENTANSpRtJCHE Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Ein- und Auslaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß dicht unter einer Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes (1) und zu dieser parallel liegend im Bereich eines Ventilsteges (6) ein Eingießteil (5) eingegossen ist und daß dieses Teil ganz oder teilweise mit Schlichte bestrichen ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießteil (5) aus einem sich über dem Ventilstegbereich hinaus erstreckenden Gußteil (7) gebildet wird, welches im Stegbereich parallel aber unterhalb der Brennraumoberfläche verläuft und in diesem Bereich mit Schlichte bestrichen ist, und daß am Gußteil (7) endseits nachzuarbeitende Ansätze (8) vorhanden sind, welche das Gußteil (7) während des Abgusses in Position halten.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußteil (7) aus einem hochlegierten Werkstoff, z.B. GGL,gebildet wird.
4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießteil (5) aus einem Blech (9) oder einem aus mehreren Blechen zusammengefügten Paket gebildet wird, wobei bei der Anwendung eines Bleches die gesamte Oberfläche mit Schlichte bestrichen ist, während bei Anwendung eines Blechpaketes nur die Zwischenräume mit Schlichte bestrichen sind, und daß als Werkstoff für das Blech Material hoher Zugfestigkeit verwendet wird.