DE3405904A1 - Internal combustion engine with expansion joints arranged in combustion chamber walls - Google Patents
Internal combustion engine with expansion joints arranged in combustion chamber wallsInfo
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Abstract
Description
Brennkraftmaschine mit in Brennraumwandungen angeordnetenInternal combustion engine with arranged in combustion chamber walls
Dehn fugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der Bauart nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.Dehn joints The invention relates to an internal combustion engine the type of construction according to the preamble of the main claim.
Dehnfugen zwischen thermisch unterschiedlich stark belasteten Zonen in Brennraumwandungen dienen dazu, einer Rißbildung entgegen~zu~wirken (DE-PS.283 326). Derartige Dehnfugen werden insbesondere in den Böden von Zylinderköpfen aus Leichtmetall-Werkstoffen angeordnet. Die zum Brennraum hin offenen Dehnfugen sind im wesentlichen zur gekühlten Seite des Zylinderkopfbodens gerichtet und erstrecken sich über einen wesentlichen Teil der Dicke des Zylinderkopfbodens. Zwar kann mittels der Dehnfugen die Rißbildung im brennraumseitigen Teil des Zylinderkopfbodens weitgehend beherrscht werden, es ergibt sich jedoch die Gefahr der Bildung von Anrissen am Grunde bzw. im brennraumfernen Bereich der Dehnfugen.Expansion joints between zones that are subject to different thermal loads in the walls of the combustion chamber serve to counteract the formation of cracks (DE-PS.283 326). Such expansion joints are made in particular in the bottoms of cylinder heads Light metal materials arranged. The expansion joints are open towards the combustion chamber directed and extend essentially to the cooled side of the cylinder head base extends over a substantial part of the thickness of the cylinder head base. Although by means of the expansion joints largely caused the cracking in the combustion chamber-side part of the cylinder head base can be controlled, but there is a risk of cracks forming on the Basically or in the area of the expansion joints remote from the combustion chamber.
Um die Bildung von Anrissen am Grund der Dehnfuge durch Kerbwirkung zu vermeiden, wurde in der DE-AS 12 67 028 bereits vorgeschlagen, die Dehnfuge an ihrem Grund gut abgerundet auszubilden. Eine ähnliche Gestaltung zeigt und beschreibt auch die DE-PS 10 01 860, für Dehnfugen, die durch eingegossene Blecheinlagen gebildet sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch von diesen Ausrundungen aus sich Anrisse entwickeln. Diese Anrisse sind dann zu beob- achten, wenn die Ausrundungen im Bereich relativ hoher Werkstoffspannungen liegen.About the formation of cracks at the base of the expansion joint due to the notch effect to avoid, it has already been proposed in DE-AS 12 67 028 to add the expansion joint to train their reason well rounded. A similar design shows and describes also DE-PS 10 01 860, for expansion joints formed by cast sheet metal inserts are. It has been shown, however, that these fillets also cause cracks to develop. These cracks can then be observed pay attention to when the fillets lie in the range of relatively high material stresses.
Zur Vermeidung des vorbeschriebenen Nachteiles werden gemäß der DE-PS 12 94 093 Dehnfugen vorgeschlagen, die in ihrem brennraumfernen Endbereich abgewinkelt sind und die Abwinkelungen etwa mit der Richtung der Wirkungsebenen der Spannungen übereinstimmen. Bei Dehnfugen mit relativ langen Abwinkelungen sind damit Verbesserungen erreicht worden. Bei Dehnfugen mit relativ kurzen Abwinkelungen sind dagegen in den brennraumfernen Endbereichen Anrisse zu beobachten. Diese treten auf, wenn die geometrische Form der Abwinkelung von der idealen, für den jeweiligen Maschinentyp gefundenen Form abweicht. Diese Abweichungen ergeben sich zum einen in der Herstellung der für die Bildung der Dehnfugen vorgesehenen Einlagen und zum anderen bei der Fixierung dieser Einlagen im Gußwerkzeug.To avoid the disadvantage described above, according to DE-PS 12 94 093 proposed expansion joints which are angled in their end region remote from the combustion chamber and the angulations roughly correspond to the direction of the planes of action of the stresses to match. In the case of expansion joints with relatively long bends, there are improvements has been achieved. In the case of expansion joints with relatively short bends, however, in Observe cracks in the end areas remote from the combustion chamber. These occur when the geometric shape of the angle of the ideal, for the respective machine type the form found differs. On the one hand, these deviations arise in production the inserts provided for the formation of the expansion joints and, on the other hand, in the Fixation of these deposits in the casting tool.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Bauart eine Maßnahme aufzuzeigen, durch die ein Anriß mit einfachen Mitteln gestoppt werden kann.The invention is based on the object for an internal combustion engine the type described above to show a measure through which a crack can be stopped with simple means.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit der weiteren Einlage der Anriß gestoppt wird und somit eine Fortentwicklung zu einem durchgehenden Riß vermieden ist. Diese Maßnahme bzw. Anordnung ist besonders wirkungsvoll, wenn die weitere Einlage im Zylinderkopfboden in einem Bereich geringer Werkstoffspannungen angeordnet ist und der abgewinkelte Endbereich der Dehnfuge in geringem Abstand zur weiteren Einlage endet. Eine gießtechnisch vorteilhafte Gestaltung der weiteren Einlage ist im Anspruch 2 beschrieben, mit der ein sog. Gießschatten vermieden wird. Mit dem Vorschlag nach Anspruch 3 werden vom Ansatz der Abwinkelung bis zu ihrem freien Ende entstehende Anrisse sicher gestoppt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für Einlagen, bei denen sowohl der Übergangsradius in der Abwinkelung als auch die Verrundung am freien Ende der Abwinkelung innerhalb enger Toleranzen liegen muß, die Einhaltung der Maß- und Form-Toleranzen aber kostenaufwendig ist. Dies gilt insbesondere für Einlagen aus relativ dünnem Blech, bei denen die Anbringung von Radien am freien Ende der Abwinkelung besonders arbeitsaufwendig ist und die beim Fixieren in der Gießform, insbesondere im Bereich des Übergangsradiusses in der Abwinkelung beim Fixieren leicht verformt werden können.This problem is solved with the characterizing features of the main claim. The advantage of the invention is that the crack stops with the further deposit and thus a further development into a continuous crack is avoided. These Measure or arrangement is particularly effective if the additional deposit in the The cylinder head base is arranged in an area of low material stresses and the angled end area of the expansion joint at a short distance from the further insert ends. A design of the further insert that is advantageous in terms of casting technology is in the claim 2, with which a so-called pouring shadow is avoided. With the suggestion after Claim 3 are arising from the approach of the angling up to its free end Cracks safely stopped. This design is particularly beneficial for insoles where both the transition radius in the bend and the The rounding at the free end of the bend must be within tight tolerances, however, compliance with the dimensional and shape tolerances is costly. this applies especially for inserts made of relatively thin sheet metal, where the attachment of Radii at the free end of the bend is particularly labor-intensive and when Fixing in the mold, especially in the area of the transition radius in the Angling can be easily deformed when fixing.
Anspruch Lt beschreibt eine Anordnung der weiteren Einlage für eine Dehnfuge mit relativ flacher Abwinkelung. Relativ flache Abwinkelung bedeutet hierbei, daß evtl. Anrisse im wesentlichen vom Grund der Dehnfuge ausgehen. Um jedoch auch benachbart auftretende Anrisse sicher zu stoppen, ist nach einem weiteren Teilmerkmal dieses Anspruches der Durchmesser der verwendeten Draht- oder Rohreinlage wesentlich größer gewählt als die Dicke der Dehnfugen-Einlage. Für die vorbeschriebenen Ausgestaltungen können als zusätzliche Einlagen entweder ein Draht oder ein umfänglich geschlossenes Rohr Verwendung finden.Claim Lt describes an arrangement of the further deposit for one Expansion joint with a relatively flat angle. Relatively flat angled means here that any cracks originate essentially from the base of the expansion joint. To, however, too Reliably stopping adjacent cracks is a further sub-feature this claim, the diameter of the wire or pipe insert used is essential selected greater than the thickness of the expansion joint insert. For the configurations described above Either a wire or a completely closed one can be used as additional inlays Find pipe use.
Mit der weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 ergibt sich mit der Verwendung eines geschlitzten Rohres ein im Abstand zur Dehnfuge angeordneter, verformbarer Hohlraum im fertigen Gußteil. Diese das geschlitzte Rohr enthaltende Hohlraumdient einerseits zum Stoppen möglicher Anrisse und andererseits in Verbindung mit der Lage des Schlitzes im Rohr zur Erzeugung definiert gerichteter Anrisse. Vorzugsweise ist das Rohr mit zum Brennraum gerichteten: Schlitz angeordnet.With the further embodiment of the invention according to claim 5 results with the use of a slotted pipe, a spaced apart from the expansion joint, deformable cavity in the finished casting. This containing the slotted tube Cavity serves on the one hand to stop possible cracks and on the other hand in connection with the position of the slot in the pipe to generate defined, directed cracks. The tube is preferably arranged with a slot directed towards the combustion chamber.
Mit dem Vorschlag nach Anspruch 6 erübrigt sich für die weitere Einlage eine gesonderte Haltevorrichtung in der Gießform für den Zylinderkopf. Anspruch 7 beschreibt schließlich eine kostengünstige Ausgestaltung nach dem Merkmal des Anspruches 6. Mit der Erfindung ist sowohl eine in Gestaltung als auch durch gegenseitige Lagesicherung mittels baulicher Kombination der Einlagen einfache Anordnung erzielt, mit der die Anrisse sicher gestoppt und somit die Lebensdauer des Zylinderkopfes ohne wesentliche Mehrkosten erhöht werden.With the proposal according to claim 6 there is no need for the further deposit a separate holding device in the mold for the cylinder head. claim 7 describes finally an inexpensive design the feature of claim 6. With the invention is both a design as also through mutual security by means of a structural combination of the inserts A simple arrangement is achieved with which the cracks are safely stopped and thus the service life of the cylinder head can be increased without significant additional costs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 und 2 jeweils den Stegbereich eines Zylinderkopfbodens im Querschnitt mit eingegossenen Einlagen, wobei die zusätzliche Einlage aus einem Draht gebildet ist, Fig. 3 eine zusätzliche Einlage aus einem längs geschlitzten Rohr, Fig. Lt an einem Blechring ausgebildete Dehnfugen-Einlagen, die zur Lagesicherung in der Gießform mit Halteteilen verbunden sind, an denen die weiteren Einlagen befestigt sind, Fig. 5,6 jeweils eine weitere Einlage aus einem Blechstreifen.Embodiments of the invention are shown in the drawing. 1 and 2 each show the land area of a cylinder head base in cross section with cast-in inserts, the additional insert being formed from a wire is, Fig. 3 an additional insert made of a longitudinally slotted tube, Fig. Lt Expansion joint inserts formed on a sheet metal ring, which are used to secure the position in the Casting mold are connected to holding parts to which the other deposits are attached 5, 6 each have a further insert made from a sheet metal strip.
Ein Stegbereich 1 zwischen nicht dargestellten Gaswechselkanälen für Ein- und Auslaß im Zylinderkopfboden 2 eines nicht gezeigten Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine weist brennraumseitig angeordnete Dehnfugen 3 und Lt auf.A web area 1 between gas exchange channels, not shown, for Inlet and outlet in the cylinder head base 2 of a cylinder head (not shown) Internal combustion engine has expansion joints 3 and Lt arranged on the combustion chamber side.
Die Dehnfugen 3, Lt sind durch eingegossene Blech-Einlagen 5, 6 gebildet. Die Einlagen 5, 6 bzw. die Dehnfugen 3, 4 weisen im brennraumfernen Endbereich relativ kurze Abwinkelungen 7, 8 auf, wobei deren jeweilige Länge etwa dem 3-bis 5fachen der Dicke der Blecheinlage 5 bzw. 6 entspricht. In Zylinderkopfboden 2 sind den Dehnfugen 3, 4 auf den dem Brennraum abgewandten Seiten der Abwinkelungen 7 und 8 weitere Einlagen 9 und 10 in einem Abstand benach- bart angeordnet. Diese Einlagen 9 und 10 sind jeweils aus einem Drahtabschnitt gebildet. Der Durchmesser jedes Drahtabschnittes bzw. jeder Einlage 9 und 10 ist so gewählt, daß dessen Maß mindestens dem der Projektion der Abwinkelung entspricht. Damit wird erreicht, daß vom verrundeten Ansatz der Abwinkelung 7, 8 bis zum verrundeten freien Ende entstehende Anrisse durch die zugeordneten Einlagen 9, 10 sicher gestoppt werden.The expansion joints 3, Lt are formed by cast sheet metal inserts 5, 6. The inlays 5, 6 or the expansion joints 3, 4 point relatively in the end area remote from the combustion chamber short bends 7, 8, their respective length about 3 to 5 times the thickness of the sheet metal insert 5 or 6 corresponds. In the cylinder head base 2 are the Expansion joints 3, 4 on the sides of the bends 7 and 7 facing away from the combustion chamber 8 further inserts 9 and 10 at a distance beard arranged. These inserts 9 and 10 are each formed from a wire section. The diameter each wire section or each insert 9 and 10 is chosen so that its dimension at least corresponds to the projection of the deflection. This achieves that resulting from the rounded approach of the bend 7, 8 to the rounded free end Cracks are reliably stopped by the associated inlays 9, 10.
Eine Dehnfuge 11 in einem Zylinderkopfboden 12 nach Fig. 2 ist durch eine Blech-Einlage 13 gebildet, die im brennraumfernen Endbereich relativ flach abgewinkelt ist, Abwinkelung 1lot. Die Abwinkelung 14 schließt mit dem vertikalen Teil der Einlage 13 bzw. der Dehnfuge 11 einen Winkel von ca. 1200 ein. Weiter ist der übergang zwischen dem vertikalen Teil der Einlage 13 und ihrer Abwinkelung 14 gut verrundet. Weiter ist die Abwinkelung 14 an ihrem freien Ende verrundet. Die Qualität dieser Verrundung ist umso höher anzusetzen, je dünner die Blech-Einlage 13 ist, um Kerbwirkung im Zylinderkopfboden 12 zu vermeiden. Um evtl. vom freien Ende der Abwinkelung 14 der Einlage 13 ausgehende Anrisse zu stoppen, ist der Einlage 13 in Richtung der Abwinkelung 14 in einem Abstand eine weitere Einlage 15 zugeordnet. Die Einlage 15 ist aus einem Drahtabschnitt gebildet. Die weitere Einlage 15 weist einen Durchmesser auf, der etwa dem 4fachen der Blechdicke der Dehnfugen-Einlage 13 entspricht. Damit wird ein relativ großer Bereich möglicher Anrisse abgedeckt.An expansion joint 11 in a cylinder head base 12 according to FIG. 2 is through a sheet metal insert 13 is formed, which is relatively flat in the end region remote from the combustion chamber is angled, angled 1lot. The bend 14 closes with the vertical Part of the insert 13 or the expansion joint 11 forms an angle of approximately 1200. Next is the transition between the vertical part of the insert 13 and its angled portion 14 well rounded. Furthermore, the angled portion 14 is rounded at its free end. the The thinner the sheet metal insert, the higher the quality of this rounding 13 is to avoid notch effects in the cylinder head base 12. To possibly from the free End of the angled 14 of the insert 13 to stop outgoing cracks is the insert 13 is assigned a further insert 15 at a distance in the direction of the angled portion 14. The insert 15 is formed from a wire section. The further insert 15 has a diameter that is about 4 times the sheet metal thickness of the expansion joint insert 13 corresponds. This covers a relatively large area of possible cracks.
In der Anordnung nach Fig. 3 ist einer durch eine abgewinkelte Blech-Einlage 16 gebildeten Dehnfuge 17 in ihrem brennraumfernen Endbereich in einem Abstand eine weitere Einlage 18 zugeordnet, die als Rohr ausgebildet ist. Das Rohr ist in seiner Längserstreckung geschlitzt, Längsschlitz 19. Mit dem geschlitzten Rohr 18 wird im Zylinderkopfboden 20 ein durch die Werkstoff-Spannungen verformbarer Hohlraum 21 geschaffen. Mit der Lage des Längsschlit- zes 19 in dem Hohlraum 21 wird eine bevorzugte Anrißstelle vorgegeben. In dem Ausführungsbeispiel ist das Rohr 18 mit zum Brennraum 22 gerichteten Schlitz 19 im Zylinderkopfboden 20 angeordnet. Um ein Eindringen von Gießwerkstoff in das geschlitzte Rohr zu vermeiden, wird zumindest der Schlitz 19 mit einem Kern ausgefüllt, der nach dem Guß entfernt wird.In the arrangement according to FIG. 3, one is through an angled sheet metal insert 16 formed expansion joint 17 in its end region remote from the combustion chamber at a distance a assigned further insert 18, which is designed as a tube. The pipe is in his Slotted longitudinal extension, longitudinal slot 19. With the slotted tube 18 is in the cylinder head base 20 a cavity that can be deformed by the material stresses 21 created. With the position of the longitudinal slide zes 19 in the cavity 21 a preferred scribing point is given. In the exemplary embodiment that is Tube 18 is arranged in the cylinder head base 20 with a slot 19 directed towards the combustion chamber 22. In order to avoid the penetration of casting material into the slotted tube, at least the slot 19 is filled with a core which is removed after casting.
Gemäß Fig. 4 sind die Dehnfugen-Einlagen bzw. Stegbleche 5 und 6 nach Fig. 1 an einem Blechring 23 als ein Paar sich gegenüberliegender, konvexer Ringbereiche ausgebildet.According to FIG. 4, the expansion joint inserts or web plates 5 and 6 are after Fig. 1 on a sheet metal ring 23 as a pair of opposing, convex ring areas educated.
Diese sind durch ein Paar sich gegenüberliegender, konkaver Ringbereiche verbunden, die als Halteteile 24 und 25 zur kraft- und/oder formschlüssigen Halterung des Blechringes 23 in der Gießform für den Zylinderkopf zwischen einander zugewandten Außenkonturen benachbarter Gußkerne für die nicht gezeigten Gaswechselkanäle dienen. Eine zusätzliche Haltevorrichtung für die weiteren Einlagen 9 und 10 wird dadurch vermieden, daß die Einlagen 9, 10 durch Löten oder Schweißen an den Halteteilen 24 und 25 jeweils fest angeordnet sind. Bei der spanabhebenden Bearbeitung der Gaswechselkanäle werden die Halte teile 2lot, 25 sowie deren Verbindungsstellen mit den weiteren Einlagen 9, 10 entfernt, so daß beim fertig bearbeiteten Zylinderkopf keine direkte Verbindung zwischen den Stegblechen 5, 6 und den weiteren, drahtförmigen Einlagen 9, 10 besteht. Die vorbeschriebene bauliche Kombination der beiden, einander zugeordneten Einlagen ist auch für die übrigen Ausführungsbeispiele anwendbar und bringt eine zusätzliche Haltevorrichtung für die jeweilige weitere Einlage 9, 10 bzw.These are defined by a pair of opposing, concave ring areas connected as holding parts 24 and 25 for non-positive and / or form-fitting mounting of the sheet metal ring 23 in the mold for the cylinder head facing between each other Outer contours of adjacent cast cores are used for the gas exchange channels, not shown. An additional holding device for the other inserts 9 and 10 is thereby avoided that the inserts 9, 10 by soldering or welding on the holding parts 24 and 25 are each fixedly arranged. When machining the gas exchange channels the holding parts are 2lot, 25 and their connection points with the other Inlays 9, 10 removed so that when the cylinder head is finished there is no direct Connection between the web plates 5, 6 and the further, wire-shaped inserts 9, 10 consists. The structural combination of the two, assigned to one another, as described above Deposits can also be used for the other exemplary embodiments and brings a additional holding device for the respective further insert 9, 10 or
15 bzw. 18 als gesonderte Vorrichtung zur Lagesicherung während des Gusses in Fortfall.15 or 18 as a separate device for securing the position during the Gusses in failure.
Im Rahmen der Erfindung, die zum Stoppen von Anrissen dient und damit einer weitergehenden Rißbildung entgegenwirkt, sind auch im Querschnitt bogen- oder winkelförmig aus einem Streifenmaterial gestaltete weitere Einlagen 26 bzw. 27, Figuren 5 und 6, denkbar, die jeweils dachartig über dem brennraumfernen Endbereich der Dehnfuge im Zylinderkopfboden angeordnet sind. Hierbei sind die Gestalt der zusätzlichen Einlage einerseits und ihr Abstand zur Dehnfuge andererseits so abzustimmen, daß ein hohlraumfreier Guß des Zylinderkopfbodens im brennraumfernen Endbereich der Dehnfuge gewährleistet ist. Ferner können die weiteren Einlagen an der Oberfläche so vorbereitet sein, daß der flüssige Gießwerkstoff des Zylinderkopfes bzw. seines Bodens eine feste Verbindung mit der weiteren Einlage eingeht.In the context of the invention, which serves to stop cracks and thus counteracts further cracking, are also arcuate or in cross-section further inlays 26 and 27 made of a strip material at an angle, Figures 5 and 6, conceivable, each roof-like over the distant combustion chamber End of the expansion joint are arranged in the cylinder head base. Here are the shape the additional insert on the one hand and its distance from the expansion joint on the other hand to agree that a cavity-free cast of the cylinder head base in the distant combustion chamber End of the expansion joint is guaranteed. Further deposits can also be made the surface must be prepared so that the liquid casting material of the cylinder head or its bottom enters into a firm connection with the further insert.
Die Erfindung kann schließlich auch bei der Gestaltung eines Kolbenbodens Anwendung finden.Finally, the invention can also be used in the design of a piston crown Find application.
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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