DE2937216C2

DE2937216C2 -

Info

Publication number: DE2937216C2
Application number: DE2937216A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 5000 Koeln De Giebel
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1979-09-14
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1988-11-17
Also published as: EG14832A; DE2937216A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallzylinder kopf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derartigen Zylinderkopf ist es bekannt (DE-PS 9 66 672), zur Verminderung der thermischen Beanspruchung im Zylinderkopfbodenbereich Schwermetall platten einzusetzen. Dabei ist aber der Übergangsbereich zu dem anschließenden Zylinderkopfbodenbereich stark rißge fährdet, da hier abrupt andere Spannungs- und Temperatur verhältnisse herrschen.

Die weiterhin bekanntgewordene DE-OS 27 29 230 betrifft einen Zylinderkopf, der mittels einer Abdeckung, die über einen nachgiebig verformbaren Haftstoff gehalten wird, gegenüber dem Brennraum isoliert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder kopf derart auszugestalten, daß in dem brennraumseitigen Zylinderkopfboden keine Wärmerisse auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Zylinderkopfbodenflä che zumindest teilweise aus einem Einsatz aus Keramik be steht, wobei der Randbereich der Zylinderkopfbodenfläche zu dem Keramikeinsatz mit einer verschleißfesten, rißver hindernden Oxidschicht überzogen ist.

Es hat sich herausge stellt, daß ein keramischer Einsatz im Zylinderkopf im Brennraumbereich die dort auftretenden Wärmerisse zuver lässig verhindert. Darüber hinaus wird eine Steigerung der Wirksamkeit der Keramikeinlage dadurch erzielt, daß zu sätzlich der gesamte Keramikeinsatz mit seinem zylinder kopfbodenseitigen Randbereich von einer verschleißfesten, rißverhindernden Oxidschicht überzogen ist. Mit der Oxid schicht wird ein Abbau von Temperaturspitzen erreicht, so daß eine Vergleichmäßigung der Zylinderkopfbodentemperatur erzielt wird.

Hierbei ist es auch möglich, die Ventilsitze direkt in dem Keramikbereich zu bilden. Dies hat außerdem den Vorteil, daß bei einer eventuellen Beeinträchtigung der Ventilsitze im Betrieb der Einsatz ausgetauscht werden kann, ohne daß damit der ganze Zylinderkopf unbrauchbar ist.

Je nach Einsatzgebiet und Belastung einer mit dem erfin dungsgemäßen Leichtmetallzylinderkopf ausgestatteten Brennkraftmaschine ist es ausreichend, den Keramikeinsatz nur im Bereich der Ventilsitze und der Bohrung für die Einspritzdüse oder für den Schußkanal und/oder für eine Zündhilfe oder nur im Verbindungsbereich zwischen den bei den Ventilsitzen vorzusehen und/oder im Bereich der Boh rung für die Einspritzdüse oder für den Schußkanal und/oder für eine Zündhilfe. Letzterer Fall ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Kraftstoff direkt in den Brenn raum eingespritzt wird.

Versuche haben ergeben, daß der Keramikeinsatz auch nur als zwei etwa parallel verlaufende Stege im Verbindungsbe reich zwischen den beiden Ventilsitzen ausgebildet werden kann, wenn die Stegeinlagen werkstoff- und gießereitech nisch optimiert werden.

Als Oxidschicht eignet sich Aluminiumoxid, welches durch anodische Oxydation aufgetragen ist. Diese Oxidschicht be sitzt in Verbindung mit der Keramikeinlage den Vorteil, daß sie fertigungstechnisch sehr einfach aufgebracht wer den kann, da der Keramikeinsatz durch das Verfahren zur Aufbringung der Oxidschicht in keinster Weise angegriffen wird, so daß kostspielige und zeitraubende Abdeckungen der Keramikeinlage entfallen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf den Zylinderkopf boden einer ventilgesteuerten Brennkraftmaschine und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Zylinderkopf 1 sind die Auslaßventilöffnung mit 2, die Einlaßventilöffnung mit 3 und der etwas gewölbte Zylinderkopfboden mit 4 bezeich net, der zwischen den beiden Ventilöffnungen 2 und 3 liegende, thermisch hoch beanspruchte und daher besonders stark zur Rißbildung neigende Bodenbereich 5, welcher auch den Randbereich der Bohrung 8 für die Einspritzdüse, den Schußkanal und/oder Zündhilfe mit umschließen kann, weist den keramischen Einsatz 7 auf. In Fig. 1 bildet er den Stegbereich 6 zwischen den beiden Ventilöffnungen 2 und 3. Der Keramikeinsatz 7 kann auch noch so ausgebildet werden, daß er die Öffnung 8 für die Einspritzdüse und/oder Zündhilfe mit umschließt.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Keramikeinsatz 7 in den Zy linderkopf eingegossen. Damit er im Betrieb aufgrund der auftretenden Wärmespannungen nicht aus diesem herausfällt, ist er mit Widerhaken versehen.

Anstelle des in Fig. 1 dargestellten Keramikeinsatzes 7 ist es auch möglich, ihn als zwei Stege auszubilden, die in etwa parallel zu einander angeordnet im Verbindungsbereich 5 zwischen den Ventil öffnungen 2 und 3 verlaufen. Hierbei kann um die Bohrung 8 für die Einspritzdüse und/oder für die Zündhilfe eine separate Keramik einlage vorgesehen werden.

Bei thermisch hoch belasteten Zylinderköpfen mit Direkteinspritzung ist es sinnvoll, den Verbindungsbereich 5 sowie den Bereich um die Bohrung 8 zusätzlich mit einer Oxidschicht zu überziehen. Als Oxidschicht eignet sich eine verschleißfeste und rißverhindernde Oxidschicht, beispielsweise Aluminiumoxid, die durch anodische Oxydation aufgetragen wird.

Hierzu wird der Zylinderkopf nach seiner Herstellung mitsamt dem Keramikeinsatz in ein saures Bad getaucht, dort wird der Zylinder kopf als Anode geschaltet und bei Anlegen von Gleich- oder Wechsel strom hoher Stromdichte bildet sich eine verstärkte Aluminiumoxid schicht, die fest einwächst. Je nach der Größe der zu beschichtenden Flächen und der gewünschten Schichtdicke der Oxidschicht verbleibt der Zylinderkopf 1 in dem Bad. Die Schichtstärke ist ausreichend, wenn sie auf mindestens 50 µm angewachsen ist. Je nach Größe des Zylinderkopfbodens kann es hierbei sinnvoll sein, den Bodenbereich, welcher nicht zu den rißgefährdeten Bereichen zählt, durch eine Maske abzudecken. Die Keramikeinlage hat hierbei den Vorteil, daß sie durch die anodische Oxydation nicht angegriffen wird, so daß ein separates Abdecken ihrerseits nicht notwendig ist.

Claims

1. Leichtmetallzylinderkopf für eine luftgekühlte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, welcher zumindest zwei Ventile und zumindest eine weitere Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfbodenfläche (4) zumindest teilweise aus einem Einsatz aus Keramik (7) besteht, wobei der Randbereich der Zylinderkopfbodenfläche (4) zu dem Keramikeinsatz (7) mit einer verschleißfesten, rißverhindernden Oxidschicht überzogen ist.

2. Leichtmetallzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz (7) auch die Ventilsitze bildet.

3. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz (7) nur im Bereich der Ventilsitze und der Bohrung (8) für die Ein spritzdüse oder für den Schußkanal und/oder für die Zünd hilfe vorgesehen ist.

4. Leichtmetallzylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz (7) nur im Verbindungsbereich (5) zwischen den beiden Ventilsitzen angeordnet ist.

5. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz (7) im Be reich der Bohrung (8) für die Einspritzdüse oder für den Schußkanal und/oder für die Zündhilfe angeordnet ist.

6. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikeinsatz (7) als zwei etwa parallel verlaufende Stege im Verbindungsbereich (5) zwischen den beiden Ventilsitzen ausgebildet ist.

7. Leichtmetallzylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus Aluminium oxid besteht und durch anodische Oxydation aufgetragen ist.