DE3146245C2

DE3146245C2 -

Info

Publication number: DE3146245C2
Application number: DE19813146245
Authority: DE
Inventors: Walter 5000 Koeln De Kotauschek
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-12-13
Filing date: 1981-11-21
Publication date: 1988-03-17
Also published as: DE3146245A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device the preamble of claim 1.

Bekanntermaßen ist bei einem Leichtmetallzylinderkopf (z. B. Aluminiumlegierung) die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr eine kritische Stelle. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Zylinderkopf aufgrund der Lage der Ein- und Auslaß kanäle unterschiedlich heiße Stellen aufweist. Im Bereich des Auslaßkanals befinden sich die heißesten Stellen. Daraus resultierend weisen diese Stellen auch die größte thermisch bedingte Ausdehnung des Materials auf. Aufgrund der üblicherweise ver wendeten Schrauben bzw. Zuganker mit Muttern, die eine wesentlich geringere Wärmedehnung als das Aluminium aufweisen, entstehen an der Schrauben- bzw. Mutternauflage im heißesten Bereich des Zylinderkopfes und der korrespondierenden Dicht fläche hohe Pressungen, die aufgrund der dort herrschenden Temperaturen und der damit erheblich reduzierten Kriechfestigkeit des Aluminiums zur plastischen Verformung des Zylinderkopfes in diesem Bereich führen.It is known for a light alloy cylinder head (e.g. aluminum alloy) the sealing surface between a critical one for the cylinder head and the cylinder barrel Job. It should be noted that the Cylinder head due to the location of the intake and exhaust channels has different hot spots. in the The hottest are in the area of the outlet duct Put. As a result, these points point also the largest thermal expansion of the Material on. Due to the usually ver used screws or tie rods with nuts that a much lower thermal expansion than that Aluminum, arise on the screw or nut rest in the hottest area of the Cylinder head and the corresponding seal area high pressures due to there prevailing temperatures and therefore considerably reduced creep resistance of the aluminum plastic deformation of the cylinder head in this Lead area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leichtmetallzylinderkopf derart zu verbessern, daß im Bereich der Schrauben- bzw. Mutternauflage keinerlei plastische Verformungen auftreten. The invention has for its object a Alloy cylinder head like this to improve that in the field of screw or nut rest no plastic Deformations occur.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is in a generic device by the kenn Drawing features of claim 1 solved.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird er reicht, daß die Schraubenkräfte nunmehr nahezu vollkommen von einem Einsatz aufgenommen werden, die im Betrieb bei den dort auftretenden Temperaturen eine wesentlich höhere Warm-Druck- Kriechfestigkeit als das Aluminium aufweist. Da durch entstehen in dem Aluminium nicht mehr die hohen Pressungen, die zu plastischen Verformungen des Zylinderkopfes in diesem Bereich führten. Da mit wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, daß die Dichtwirkung zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr aufgrund des sich nicht mehr ver formenden Materials erhalten bleibt. Als Materialien hoher Kriechfestigkeit haben sich nickelhaltige Eisen werkstoffe (z. B. Niresist) bewährt, die eine den Aluminiumlegierungen angenäherte Wärmeausdehnung besitzen. Es sind jedoch auch andere Materialien mit günstiger Formstabilität bei hohen Temperaturen denkbar.Through the arrangement according to the invention, it is is enough that the screw forces now almost be completely absorbed by a mission those in operation at those occurring there Temperatures a much higher warm pressure Creep resistance than the aluminum has. There through no longer arise in the aluminum high pressures that lead to plastic deformations of the cylinder head in this area. There with at the same time the advantage is achieved that the sealing effect between the cylinder head and the cylinder tube due to the no longer ver shaping material is preserved. As materials Nickel-containing irons have a high creep resistance tried and tested materials (e.g. Niresist) Aluminum alloys approximate thermal expansion have. However, there are other materials with favorable dimensional stability at high temperatures conceivable.

Insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen hat sich die Ausbildung nach Patentanspruch 2 bewährt, da hierbei der hochkriechfeste Einsatz gleichzeitig die Ver bindungsfläche im heißesten Bereich des Zylinder kopfes mit dem Zylinderrohr bildet. Dadurch ist kein Aluminium direkt den Schraubendruckkräften aus gesetzt.Especially at high operating temperatures the training according to claim 2 proven, since this the highly creep-resistant insert also the ver bonding surface in the hottest area of the cylinder forms head with the cylinder barrel. This is no aluminum directly from the screw pressure forces set.

Um hierbei zu vermeiden, daß aufgrund des Ver brennungsdruckes zwischen dem Einsatz und dem Zy linderkopf ein Leckspalt entsteht, und so die Gasdicht heit des Zylinderkopfes beeinträchtigt würde, wird die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 vorgeschlagen, da hier bei die Zwischenscheibe als Dichtscheibe wirkt, die den Grenzspalt zwischen dem Einsatz und dem Zylinder kopfmaterial überdeckt.To avoid that due to the Ver combustion pressure between the insert and the Zy Lindenkopf a leakage gap arises, and so the gas tight If the cylinder head were impaired, the Training proposed according to claim 3, because here with the washer acts as a sealing washer that the boundary gap between the insert and the cylinder head material covered.

Es ist jedoch auch denkbar, den Einsatz im Bereich der Auflagefläche und/oder der Dichtfläche mit einer dünnen Schicht aus Aluminiumlegierung des Zylinder kopfes zu überziehen (Patentanspruch 4), um zu erreichen, daß der Zylinderkopf gasdicht ist. Hierbei ist die Schicht so dünn, daß die Schrauben- bzw. Muttern kraft von dem Einsatz übernommen wird.However, it is also conceivable to use it in the field the contact surface and / or the sealing surface with a thin layer of aluminum alloy of the cylinder head to cover (claim 4) to achieve that the cylinder head is gas-tight. Here is the Layer so thin that the screws or nuts is taken over by the effort.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Einsatzes bei dem Vorliegen einer eng begrenzten heißesten Stelle des Zylinderkopfes beschreibt Patentanspruch 5. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn bei luftgekühlten Zylinderköpfen der Auslaßkanal derart angeordnet ist, daß er auf der Abluftseite - von der strömenden Kühlluft betrachtet - angeordnet wird.An advantageous training for use in the There is a tightly limited hottest spot of the cylinder head describes claim 5. This is especially given when air-cooled Cylinder heads of the exhaust port arranged in this way is that it is on the exhaust side - from the flowing Considered cooling air - is arranged.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 bringt eine fertigungsmäßig leicht herzustellende Ausführungs form. Es ist zwar bekannt, im Dichtflächenbereich Ringe aus hochkriechfestem Material einzusetzen. Diese Ringe haben jedoch ausschließlich die Auf gabe, die Dichtfläche, in der aufgrund der unter schiedlichen Temperaturbeanspruchung von Zylinderkopf und Zylinderrohr unterschiedliche Wärmedehnungen auf treten, gegen die aufgrund der Wärmedehnung auftretenden Relativbewegungen und damit Verschleißbewegungen wider standsfähiger zu machen. Ihnen kann jedoch nicht der Gedanke der Erfindung, nämlich die Schraubenkraft mög lichst ohne zwischenliegende Aluminiumschicht im heißesten Bereich des Zylinderkopfes auf die Dichtfläche einwirken zu lassen, entnommen werden. Da die höher kriechfesten Materialien, die für den erfindungsgemäßen Einsatz in Frage kommen, eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, ist es zweckmäßig, die aus dem hochwarmfesten Material hergestellten Teile in ihren Abmessungen so gering wie eben möglich zu halten, damit die Wärmeab fuhr im Zylinderkopf nicht verschlechtert wird.The training according to claim 6 brings a easy to manufacture in terms of production form. It is known in the sealing surface area Use rings made of highly creep-resistant material. However, these rings only have the on gift, the sealing surface in which due to the under different temperature loads of the cylinder head and cylinder barrel have different thermal expansions against those that occur due to thermal expansion Relative movements and thus wear movements reflected to make it more stable. However, you cannot Thought of the invention, namely the screw power possible Lich without an intermediate aluminum layer in the hottest area of the cylinder head on the To allow the sealing surface to take effect. Because the higher creep resistant materials used for the use according to the invention are possible, have a lower thermal conductivity it expedient, made of high-temperature material manufactured parts in their dimensions so small to keep as possible so that the heat ab drove in the cylinder head is not deteriorated.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 7 bringt den Vorteil, daß je nach Beanspruchungsart mehrere oder alle Schraubenkräfte nur noch indirekt auf das Zylinder kopfmaterial wirken, so daß diesbezügliche Ver formungen des Zylinderkopfes praktisch vermieden werden.The training according to claim 7 has the advantage that depending on the type of stress several or all Screw forces only indirectly on the cylinder act head material, so that related Ver Formations of the cylinder head practically avoided will.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 8 verhindert, daß die hohen Gasdrücke im Brennraum, wie sie beispielsweise bei aufgeladenen Brennkraft maschinen eintreten, den Zylinderkopfboden an dem Einsatz vorbeischieben, da erfindungsgemäß die Schraubenkräfte praktisch nicht mehr direkt auf den Zylinderkopfbodenbereich wirken.The further training according to claim 8 prevents the high gas pressures in the combustion chamber, such as when the internal combustion engine is charged enter the machine, the cylinder head base on the Push insert past, because according to the invention Screw forces practically no longer directly act on the cylinder head floor area.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines ausge wählten Beispiels näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention is based on a selected example explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine schematische Zylinderkopf-Zylinderrohr-Anordnung, Fig. 1 shows a cross section through a schematic cylinder head the cylinder tube arrangement,

Fig. 2 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Einsatzes, Fig. 2 is a front view of the insert according to the invention,

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Einsatz und Fig. 3 is a plan view of the insert and

Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt auf den Einsatz. Fig. 4 is a side view in section on the insert.

In Fig. 1 ist der skizzierte Zylinderkopf mit 1, das Zylinderrohr mit 2, der erfindungsgemäße Einsatz mit 3, die Zylinderachse mit 6 und der Brennraum mit 7 bezeichnet. Der Einsatz 3 ist im Bereich der heißesten Stelle des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Er weist ein angenähertes T-förmiges Querschnittsprofil auf und bildet mit einem Ring 4 aus dem gleichen Material eine bauliche Einheit. Der Ring 4 hat eine haubenförmige Querschnittsfläche und ist im Zylinderkopfboden derart angeordnet, daß er mit dem Zylinderrohr 2 die Dichtfläche bildet. Dadurch wird erreicht, daß das Zylinderrohr 2 mit einem einheitlichen Werkstoff die Dichtfläche bildet. Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, daß der Einsatz 3 in den übrigen Bereichen des Zylinderkopfes 1, die nicht zu dem heißesten Bereich gehören, als Ring vorhanden ist.In Fig. 1, the sketched cylinder head with 1 , the cylinder tube with 2 , the insert according to the invention with 3 , the cylinder axis with 6 and the combustion chamber with 7 . The insert 3 is arranged in the area of the hottest point of the cylinder head 1 . It has an approximate T-shaped cross-sectional profile and forms a structural unit with a ring 4 made of the same material. The ring 4 has a hood-shaped cross-sectional area and is arranged in the cylinder head base in such a way that it forms the sealing surface with the cylinder tube 2 . It is thereby achieved that the cylinder tube 2 forms the sealing surface with a uniform material. According to the invention, it is not necessary for the insert 3 to be present as a ring in the other areas of the cylinder head 1 which do not belong to the hottest area.

Das nach außen weisende Teilstück 3.1 des Einsatzes 3 weist ein Schraubendurchgangsloch 5 für die Zylinder kopfbefestigung auf. Deshalb ist die obere Fläche des nach außen ragenden Einsatzes als Auflagefläche 3.2 für einen Schraubenkopf oder eine Mutter ausgebildet. The outwardly facing section 3.1 of the insert 3 has a screw through hole 5 for the cylinder head mounting. Therefore, the upper surface of the outwardly projecting insert is designed as a bearing surface 3.2 for a screw head or a nut.

Der nach innen ragende Teil 3.3 des Einsatzes 3 weist eine teildeckelartige Kontur auf (Fig. 3). Dieser Teil 3.3 ist hierbei soweit in Richtung der Zylinder achse 6 gezogen, daß er über den Brennraum 7 ragt. Dadurch wird verhindert, daß der Zylinderkopfboden bereich unter dem Gasdruck der Verbrennung um den Einsatz 3 herum angehoben wird, da in dem Einsatz bereich die Schraubenkraft nicht mehr direkt auf das Zylinderkopfbodenmaterial einwirkt. Darüber hinaus schirmt der Vorsprung 3.3 den Wärmefluß vom hier nicht dargestellten heißen Abgaskanal zum Zylinder kopfboden ab.The inwardly projecting part 3.3 of the insert 3 has a part-lid-like contour ( FIG. 3). This part 3.3 is drawn so far in the direction of the cylinder axis 6 that it projects over the combustion chamber 7 . This prevents the cylinder head base area from being raised under the gas pressure of the combustion around the insert 3 , since in the insert area the screw force no longer acts directly on the cylinder head base material. In addition, the projection 3.3 shields the heat flow from the hot exhaust duct not shown here to the cylinder head floor.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ansichten des Einsatzes 3 mit dem einstückig ausgebildeten Ring 4. Hierzu ist zu bemerken, daß der ringförmige Fortsatz in sich geschlossen ist, um für das Zylinderrohr 2 eine einheitliche Dichtfläche zu bilden. Figs. 2 to 4 show views of the tray 3 with the integrally formed ring 4. It should be noted in this regard that the annular extension is self-contained to form a uniform sealing surface for the cylinder tube 2 .

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Einsatz 3 an jeder Befestigungsstelle des Zylinderkopfes mit dem Zylinderrohr bzw. dem Kurbelgehäuse anzu ordnen oder als geschlossenen Ringeinsatz an jeder Befestigungsstelle als Schraubenauflage auszubilden. Auch ist es möglich, in die Dichtfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderrohr zusätzlich einen an sich bekannten Dichtring zu verwenden.Within the scope of the invention it is also possible to arrange the insert 3 at each fastening point of the cylinder head with the cylinder tube or the crankcase or to form it as a closed ring insert at each fastening point as a screw support. It is also possible to additionally use a sealing ring known per se in the sealing surface between the cylinder head and the cylinder tube.

Claims

1. Alloy cylinder head for a reciprocating piston internal combustion engine which has screw through holes distributed over its circumference for connection to a cylinder tube or a crankcase, characterized in that an insert ( 3 ) is made in the cylinder head ( 1 ) at least in the region of the most heated screw through hole ( 5 ) a material with a high thermal pressure creep resistance is arranged, which forms the contact surface ( 3.2 ) for the screw head or the nut.

2. Light metal cylinder head according to claim 1, characterized in that the insert ( 3 ) is extended to the sealing surface between the cylinder head ( 1 ) and the cylinder tube ( 2 ).

3. Light metal cylinder head according to one of claims 1 or 2, characterized in that an intermediate plate is arranged overlapping the edge of the insert on the screw bearing surface ( 3.2 ).

4. Light metal cylinder head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insert ( 3 ) in the region of the bearing surface ( 3.2 ) and / or the sealing surface between the cylinder head ( 1 ) and the cylinder ( 2 ) of a thin layer of the light metal is enclosed.

5. light metal cylinder head according to one of claims 1 to 4, characterized in that the insert ( 3 ) is circular sector-shaped, the cross section in the region of the bearing surface ( 3.2 ) has a greater width than the parallel arranged base.

6. Light metal cylinder head according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ( 3 ) with one in the sealing surface between the cylinder head ( 1 ) and the cylinder tube ( 2 ) arranged ring ( 4 ) is made in one piece of the same material.

7. light metal cylinder head according to one of claims 1 to 6, characterized in that the insert ( 3 ) is provided on several or all screw through holes and that the inserts are interconnected by a ring of the same material.

8. Light metal cylinder head according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insert ( 3 ) is cast in the cylinder head ( 1 ) and has a projection ( 3.3 ) which is arranged parallel to the cylinder head bottom surface in the direction of the combustion chamber ( 7 ) is.