DE2847249C2

DE2847249C2 - Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2847249C2
Application number: DE19782847249
Authority: DE
Inventors: Max Dipl.-Ing. Albert; Karl-Heinz Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Caspers
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE2847249A1

Description

JO

Die Erfindung bezieht sk.h auf e..ien Zylindeikopf für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Ein- und Auslaßventil, bei dem im Bereich ώ.: Brennraumober- j-, fläche Eingießteile aus Blech vorgesehen sind, welche vor dem Einguß mit Schlichte bestrichen sind.

Es ist bekannt, daß der Ventilsteg von Zylinderköpfen hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und deshalb in diesem Bereich zu Rißbildungen neigt, die ^o sogar solches Ausmaß annehmen können, daß die Zylinderköpfe dadurch unbrauchbar werden.

Zur Vermeidung von Ventilstegrissen ist es bei Leichtmetallzylindern bekannt, Blechringe konzentrisch zur Zylinderkopfmitte in die Leichtmetallegierung des Zylinderkopfes einzugießen. Die Bleche stehen dabei senkrecht auf der Brennraumoberfläche. Zur Verhinderung der Benetzung der Blechringe mit der eingegossenen Schmelze werden diese vor dem Einlegen in eine Gießform mit Schlichte bestrichen. Durch diese Maßnahme sollen radiale Dehnspalte entstehen, so daß »ich der Zylinderkopf bei Erwärmung oder Abkühlung in radialer Richtung ohne Ausbildung plastischer Verformungen dehnen kann. Durch die freie Dehnbarkeit sollen Wärmespannungen vermieden werden. Ein solches Verfahren mag in Anwendung auf Materialien mit hoher Verformbarkeit anwendbar sein, bei Zylinderköpfen aus Giiße.sen mit seiner Sprödigkeii ist das nicht praktikabel (DE AS 10 01 860).

Um bei Eingießteilen das Benetzen dieser Eingießtei-Ie mit der Schmelze zu verhindern, ist es allgemein bekannt, dieses ingesamt oder teilweise mit Schlichte als Trennmittel zu bestreichen (»Gießerei Lexikon«, Ausgabe 1974. Seite 614/615).

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe ei zugrunde, bei Zylinclerköpfen auf der Basis von Gußeisenwerkstoffen eine Ausbreitung von bereits einsetzenden Ventilstegrissen zu sloppcn.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Eingießteil im Bereich des Ventilsteges derart in den Zylinderkopf eingegossen wird, daß das Eingießteil dicht unter der Brennraumoberfläche und zu dieser parallelliegend angeordnet 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 Eingießteil, das eine ungekerbte Oberfläche repräsentiert und wird an dieser gestoppt. Man macht hier also von der bei Festigkeitsproblemeii 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 erfindungsgemäße Maßnahme verhindert durch vernachlässigbaren Mehraufwand in der Fertigung die Zerstörung von Zylinderköpfen durch sich ausbreitenden Ventilstegriß.

2. Das Eingießteil kann leichler 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 Eingießtciles unter der Oberfläche wird es thermisch nicht so hoch belastet, verglichen mit den Teilen unmittelbar im Bereich der Brennraumoberfläche des Zylinderkopfes.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht nach Anspruch 2 darin, daß das Eingießteil aus einem sich über den Ventilstegbereich hinaus erstreckenden GuBteil gebildet wird, welches im Stegbereich parallel aber unterhalb der Brennraumoberfläche verläuft, und daß am Gußteil endseits nachzuarbeiiende Absätze vorhanden sind.

Nach dieser Ausführung kommt ein über den Stegbereich hinausragendes Eingießteil zur Anwendung, welches fest im Zylinderkopf verankert ist. und sich wegen der endseitigcn Ansätze während des Gießvorgangs sicher in seiner Position verankern läßt, wobei die Ansätze nach dem Einguß durch Nacharbeit entfernt werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung zeichnet sich nach Anspruch 3 dadurch aus. daß das Gußteil aus einem hochlegierten Werkstoff gebildet wird.

Wegen der geringen Masse des Gußteih läßt sich ohne nennenswerte Mehrkosten Material mit optimalen Eigenschaftskombinationen, wie Festigkeit, Kriechei-

genschaft. Wärmedehnung und £-Modul verwenden.

Es hat sich nach Anspruch 4 ferner als vorteilhaft erwiesen, daß das Eingießteil aus einem Blech oder einem aus mehreren Blechen zusammengefügten Paket gebildet wird, und daß als Werkstoff für das Blech Material hoher Zugfestigkeit verwendet wird.

Mit dieser Ausführungsart wird ebenfalls Material hoher Zugfestigkeit zur Anwendung gebracht, da der Preis der Legierung nicht nennenswert angesichts des geringen Materialaufwands 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 der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes mit eingegossenem Blech,

Fig.2 einen Schnitt H-Il durch den Ventilsteg mit Blech zwischen den Ventilsitzen,

Fig.3 einen Schnitt III-III durch Zylinderkopf nach Fig.1 mit Bohrung für die Einspritzdüse,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Brennraumoberfläche mit Gußteil.

Fig. 5 einen Schnitt V-V durch den Ventilüeg mit Gußteil zwischen den Ventilsitzen und

Fig.6 einen Schnitt VI-VI durch Zylinderkopf mit Bohrung für Einspritzdüse.

Die in F i g. 1 dargestellte Draufsicht auf die Brennraumoberfläche eines Zylinderkopfes 1 zeigt die öffnungen 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 F i g. 2 und 3 entnommen werden.

In Fig.2 ist ein Schnitt durch die Ventilebene des Zylinderkopfes 1 zu seh'rn. Zwischen den Ventilen im Ventilsteg 6 ist das (licht unter der Oberfläche eingegossene Blech 9 zi¹ erkennen. Um eine kerbfreie Oberfläche zu gewährleisten, besteht dieses aus warmfestem Material. ^¹Ti nicht beim Abguß aufzuichmelzen. und obendrei'¹ wurde es vor dem Einlegen in die Gießform noch mit Schlichte bestrichen. Ein von der Brennraumoberfläche di\ Zylinderkopfes ausgehender Riß im Ventilsteg 6 wird am Fortschreiten durch das Auftreffen auf die kerb'r<:ie Oberfläche des Bleches gestoppt, da dieses zum Atibau der sonst im Grund des Risses auftretenden Kerbspannung führt.

Anstelle eines Bleches 9 kann auch ein aus mehreren Blechen geschichtetes Blechpaket treten, wobei die Bleche jeweils zur Trennung untereinander mit Schlichte bestrichen werden,

F i g. 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 F i g. 4, 5 und 6 zeigen eine Variante des Eingießteiles 5, welches hier als Gußteil 7 ausgebildet ist. In Fig.4 ist die Draufsicht auf das Gußteil dargestellt, das, wie durch die strichlierten Linien dargestellt, sich unterhalb der Brennraumoberfläche, aber zu dieser flächenparaliel befindet. Die strichpunktiert eingezeichneten Ausnehmungen für die Ventils. <.e werden nach dem Einguß herausgearbeitet. Endseitig is. das Gußteil

7 mit Ansätzen 8 versehen, welche eine Fixierung -⁵ während des Eingießens im Zylinderkopf 1 gewährleisten.

Fig.5 jeigt einen Schnitt durch den Ventilsteg mit Gußteil 7 im Bereich zwischen den Ventilsitzen. Das Gußteil liegt dicht unter der Oberfläche des Zylinder-

ⁱⁿ kopfes 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

ⁿ bereits wiederum gekerbte Fläche.

F i g. 6 zeigt einen Schnitt VI-VI durch Ventilsteg 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 Gußteils 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

^4> Erstarren der Schmelze die Oberfläche des Oußteiles gewahrt bleibt und seine ihm zugedachte Funktion als Rißstopper in der beabsichtigten Art und Weise übernimmt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

I Patentansprüche:

1. Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Einlaß- und Auslaßventil, bei dem im Bereich der Brennraumoberfläehe Eingießteile aus Blech vorgesehen sind, welche vor dem Einguß mit Schlichte bestrichen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießteil (5) im Bereich des Ventilsteges (6) derart in den Zylinderkopf (1) eingegossen wird, daß das Eingießteil (5) dicht unter der Brennraumoberfläche und zu dieser parallelliegend angeordnet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießteil (5) aus einem sich über den Ventilstegbereich A hinaus erstreckenden Gußteil (7) gebildet wird, welches im Siegbereich parallel, aber unterhalb der Brennraumoberfläche verläuft, und daß am Gußteil (7) endseits nachzuarbeitende Ansätze (8) vorhanden sind (F i g. 4 bis 6).

3. Zylindt. 'iopf nach Anspruch 2, dadurch gekenn- T₀ zeichnet, dab das Gußteil (7) aus einem hochlegierten Werkstoff gebildet wird.

4. Zylinderkopf nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießteil (5) aus einem BJech (9) oder einem aus mehreren Blechen zusammengefügten Paket gebildet wird, und dall als Werkstoff für das Blech Material hoher Zugfestigkeit verwendet wird(F ig. 1 bis3).