DE2950964A1

DE2950964A1 - Ventilsitzring fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2950964A1
Application number: DE19792950964
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Held; Eckart Dr.-Ing. 8540 Schwabach Müller
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1979-12-18
Publication date: 1981-06-25
Also published as: CH652800A5; GB2065770B; SE441851B; IT8026590A0; FR2488652B1; GB2065770A; SE8008896L; IN153951B; HU183271B; FR2488652A1; JPS5698514A; IT1134690B; DD155539A1

Description

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 12. Dez. 1979

Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet wirdund der Zylinderdurchmesse"r zwischen 80 und 150 mm liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist.

Ventilsitzringe für Brennkraftmaschinen werden heute meist aus Spezialgußeisen mit Chrom- und Molybdänzusätzen hergestellt. Sie halten im allgemeinen den Benanspruchungen hinreichend stand. Bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen jedoch kommt es je nach dem Gemischbildungs- bzw. Verbrennungsverfahren und nach dem Aufbau des Motors durchaus vor, daß der zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil im Zylinderkopf verbleibende Steg brennraumseitig Temperaturen von 4OO° C und mehr erreicht. Hauptsächlich ist dies der Fall, wenn eine hohe Luftwirbelintensität ira Brennraum und kleine Brennraumöffnungen vorgesehen sind.

Bei derartigen Temperaturen kann es durchaus vorkommen,

22.8703 130026/0169

daß im Sitzring für das Auslaßventil Risse auftreten, die unter Umständen zu Motorschäden und zum Ausfall des Motors führen. Vorzugsweise bilden sich die Risse dabei im Bereich des Ventilsteges, weil dort die höchsten Temperaturen herrschen, wodurch sich infolge großer Temperaturgradienten der Zylinderkopfboden am stärksten durchbiegt. Die durch die thermische Durchbiegung hervorgerufenen' Biegebeanspruchungen des Ventilsitzringes führen zusammen mit den mechanischen Beanspruchungen zu der beschriebenen Rißbildung.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, ohne Verwendung teurer Werkstoffe und ohne die Herstellung oder den Einbau der Ventilsitzringe zu komplizieren, einen Weg zu finden, wie eine Rißbildung in den Ventilsitzringen vermieden wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Höhe des Sitzringes in mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten, gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes ist (h< 55/grad T in mm).

Der Lösungsgedanke beruh* also auf den Abbau der durch die Biegung im Ventilsitzring hervorgerufenen Zugspannungen, indem die Höhe der Sitzringe verkleinert bzw. auf ein Maß begrenzt wird, bei dem die Zugspannungen vom Material noch aufgefangen werden können.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der mittlere Temperaturgradient in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen

22.8703

130026/0169

am Zylinderkopf in der Stegmitte T. und der Temperatur T« nahe am Zylinderdurchmesser, und daß aus dieser Differenz T. - T« und dem Abstand a in mm zwischen den MeQpunkten der Quotient gebildet wird (T grad= (T--,T₂)/a in K/mm.

Auf diese Weise erhält man den tatsächlichen mittleren Temperaturgradienten, der schließlich ausschlaggebend für die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen ist.

Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Beispieles entnommen werden. Es zeigen:

Pig. I eine Anordnung der Ventilsitzringe in einem

Zylinderkopf von der Brennraumseite her gesehen,

Fig. 2 einen Schnitt H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt IH-III in Fig. I, wobei Jedoch die thermische Verformung der Zylinderkopfwand angedeutet ist.

In den Fig. 1 bis 3 sind der Zylinder einer Brennkraftmaschine mit I und der überwiegend aus Grauguß hergestellte Zylinderkopf mit 2 bezeichnet. Der Zylinder 1 weist einen Durchmesser D auf und sein Mittelpunkt wird durch den Schnittpunkt von zwei Achsen x, y gebildet. Innerhalb des Durchmessers D sind im Zylinderkopf 2 ein kleinerer Ventilsitzring 3 für ein nicht dargestelltes Auslaßventil und ein größerer Ventilsitzring 4 für ein ebenfalls nicht gezeigtes Einlaßventil befestigt.

22.8703 ./.

130026/0169

Wie aus Fig. I hervorgeht, liegen die Mittelpunkte der Ventilsitzringe 3, 4 auf einer Achse W, die zwar parallel, Jedoch um einen Abstand e seitlich versetzt zur Achse χ verläuft. Wird der Motor während des Betriebes derart thermisch belastet, daß an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 im Bereich des Ventil-Steges, das ist der Teil zwischen den beiden Ventilsitzringen 3, 4, Temperaturen von 400° C und mehr auftreten, so biegt sich die Wand des Zylinderkopfes 2 ähnlich wie in Pig. 3 dargestellt, insbesondere in Richtung der Achse ζ zum Brennraum, hin so weit durch, daß es zu einer Rißbildung im Bereich 5 des Ventilsitzringes 3 für das Auslaßventil kommen muß. Um dies zu vermeiden, mißt man an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 einmal im Punkt 6, also in-der Stegmitte, die Temperatur T. und einmal im Punkt 7 nahe an der Wand des Zylinders I die Temperatur T₂, zieht T„ von T. ab und teilt den Wert durch den in mm gemessenen Abstand a zwischen den beiden Punkten 6 und 7. Auf diese Weise erhält man den mittleren Temperaturgradienten grad T in K/mm.

Soll nun eine Rißbildung in den Ventilsitzringen 3, 4 vermieden werden, so muß deren Höhe h in mm kleiner oder höchstens gleich 55/grad T sein.

Abschließend sei noch bemerkt, daß der Abstand a auch ermittelt werden kann, indem man von dem halben Zylinderdurchmesser D/2 den Abstand e abzieht (a « D/2 - e in mm).

130026/0169
22.8703

Leerseite

Claims

Patentansprüche

(\J Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet^ wird und der Zylinderdurchmesser zwischen 8o und 150 mm liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Sitzringes (3, ²O in mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten (grad T), gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes (2) ist (h ±- 55/grad T in mm).
2. Ventilsitzring nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Temperaturgradient (grad T) in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseltigen Temperaturen am Zylinderkopf (2) in der Stegmitte (6 IT, j ) und der Temperatur (7 L^Tp-^ ^ am Zylinderdurchmesser (D), und daß aus dieser Differenz (T. - Tp) und dem Abstand (a) in mm zwischen den Meßpunkten (6, 7) der Quotient gebildet wird (grad T= (T₁ - T_g)/a in K/mm).

130026/0169 22.8703

ORIGINAL INSPECTED