DE3915988A1

DE3915988A1 - Zylinderkopf einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3915988A1
Application number: DE19893915988
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Glanz; Josef Dipl Ing Dr Affenzeller; Bizhan Dr Ahmadi-Befrui
Original assignee: AVL List GmbH; AVL Gesellschaft fuer Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1989-12-14

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf einer Brenn kraftmaschine mit mindestens einem Auslaßkanal, der durch einen in den Zylinderkopf eingegossenen Blechkanal gebildet ist.

Die Form des Ein- und Auslaßkanales wird bei üblichen Gießver fahren mit Hilfe eines Sandkerns festgelegt. Zusätzlich wird beim Auslaßkanal eine möglichst gute Wärmeisolierung vom Zy linderkopf gewünscht, um die Nachreaktionen der Abgase zu be günstigen, bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader mög lichst viel Energie zur Turbine zu transportieren und mög lichst wenig Wärme in den Zylinderkopf zu leiten, um damit die thermische Beanspruchung zu reduzieren.

Es ist bekannt, dies mit Hilfe von Keramikeinsätzen oder Blecheinsätzen in den Auslaßkanälen anzustreben.

Die bekannten Keramikeinsätze haben den Nachteil, daß beim Ab kühlen des Gusses und im Motorbetrieb große Kräfte auf den Ke ramikmantel wirken. Daher muß die Form des Keramikeinsatzes so ausgebildet sein, daß es dabei nicht zum Bruch dieses sehr spröden Materials kommt. Nachteilig ist auch, daß zusätzlich ein Sandkern zur Abstützung notwendig ist. Trotz aller Maßnah men ist jedoch immer mit einer gewissen Bruchrate zu rechnen, die zu einem entsprechenden Prozentsatz Ausschuß führt.

In der DE-OS 33 09 699 ist ein im Prinzip konventioneller Ke ramikeinsatz beschrieben, wobei zusätzlich eine Isolierung aus anorganischen Fasern vorgesehen ist. Das Herstellungsverfahren wird dadurch nicht wesentlich verändert; weiterhin muß ein Sandkern als stabilisierendes und formgebendes Element einge setzt werden.

In der DE-OS 36 21 721 ist weiters ein Zylinderkopf beschrie ben, bei welchem die Gaswechselkanäle zu primär schallisolie renden Zwecken aus Keramik bestehen.

Die meisten der bekannten Blecheinsätze werden erst nach einem erfolgten konventionellen Guß mit Sandkern in den Zylinderkopf eingebaut. Dies bedingt eine bestimmte Formgebung und erlaubt in den meisten Fällen keine vollständige Auskleidung der Ka nalwand. Aus diesen Gründen wird häufig das Teilstück des Aus laßkanals zwischen Ventilsitz und Durchtritt des Ventilschaf tes nicht ausgekleidet.

Es ist auch bekannt, den Blecheinsatz aus zwei Halbschalen mit identisch geformten Flanschen herzustellen und in einen Sand kern einzubetten. Nach dem Guß sind Nacharbeiten erforderlich, welche einerseits im Entfernen des Sandes bestehen, um einen Hohlraum zwischen Kanal und Zylinderkopf mit der entsprechen den isolierenden Wirkung zu erreichen und andererseits wird das Austrittsende der Gaswechselkanäle so aufgeweitet, daß dort ein enger Kontakt zwischen der Gaswechselkanalauskleidung und der Wand des Gaswechselkanals besteht, siehe die DE-PS 25 55 166.

Die DE-PS 26 60 452 zeigt wiederum einen doppelwandigen Blech kanal, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden mit einem wärmeisolierenden Material ausgefüllt ist. Dieser Blech kanal weist im Bereich des Durchtritts des Ventilschaftes keine Isolierung auf und wird mit Hilfe eines Halteflansches in seiner Lage fixiert.

Eine sehr ähnliche Anordnung zeigt die DE-PS 26 16 028, wobei ein dünnwandiges Auspuffinnenrohr, das auch doppelwandig aus geführt sein kann, von den Wänden des Abgaskanals einen Ab stand hat, so daß ein rohrförmiger Raum zwischen dem Auspuffin nenrohr und den Wänden des Abgaskanals gebildet wird. Das in Strömungsrichtung gelegene andere Ende des im übrigen nach außen geschlossenen Rohres ist offen, so daß der das Auspuffin nenrohr umgebende Raum bei Maschinenbetrieb mit einer wär meisolierenden Schicht praktisch ruhender Abgase gefüllt ist. Auch hier wird das Auspuffinnenrohr am auslaßseitigen Ende mit einem Halteflansch gehalten.

Die DE-PS 25 37 676 beschreibt eine Blechkanalausführung, die einfach ausgebildet ist, wobei der Abstand zum Guß durch vor her mitgegossene Abstandhalter gewährleistet ist. Außerdem ist eine doppelt ausgebildete Blechkanalausführung beschrieben, die eingegossen wird und wobei der Abstand durch Ein- und Aus buchtungen der Blechschalen erreicht wird. Auch die Möglich keit des Ausfüllens des Zwischenraumes mit isolierendem Mate rial ist vorgesehen. Nachteilig hierbei ist, daß die Herstel lung dieser Teile kompliziert ist.

Aus der EP-PS 0 79 511 ist ein Blecheinsatz bekannt, der eben falls nach erfolgtem Guß eingeschoben werden kann und bedingt durch die Formgebung, einen Abstand zwischen Einschub und Zy linderkopfguß einhält. Dieser Blecheinsatz umfaßt den gesamten Auslaßkanal und muß daher einen mindestens fast konstanten Krümmungsradius aufweisen.

Es ist auch bekannt, die Gaswechselkanäle so auszubilden, daß eine in Blech ziehfähige Form entsteht. Die gezogenen Blech schalen werden zusammengeschweißt und dicht verschlossen. Der so gewonnene Blechkanal wird in den Zylinderkopf eingegossen. Eine Sandkernformung, die dem Guß folgende Entfernung des San des und vielfach vorhandener Gußfehler entfallen. Nachteilig ist jedoch, daß zwischen dem Zylinderkopf und dem Blechkanal eine die Wärmeableitung begünstigende metallische Verbindung entsteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden. Insbeson dere soll ein Blecheinsatz geschaffen werden, der praktisch den gesamten Auslaßkanal erfaßt, leicht herstellbar ist und gegenüber dem Zylinderkopf eine genügende Wärmeisolation auf weist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwi schen dem eingegossenen Blechkanal und dem Gußkörper des Zy linderkopfes eine wärmeisolierende Schicht vorgesehen ist. Diese Ausbildung hat insbesondere den Vorteil, daß die Her stellung des Blechkanals relativ einach ist und nach dem Guß keine Nacharbeit erforderlich ist. Diese Formgebung eignet sich besonders für Alu-Niederdruckguß und Kokillenguß, der bei luftgekühlten Zylinderköpfen angewendet wird, da nun voll ständig auf Sandkerne verzichtet werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die wärmeisolie rende Schicht durch einen Luftspalt gebildet sein, der durch Beschichtung des Blechkanals mittels eines vorzugsweise wär meisolierenden Trennmittels, z. B. Oxydschichten, Graphit, Ni trierschicht etc. vor dem Gießen erzeugt ist, und eine metal lische Verbindung zwischen Gußkörper und Blechkanal verhin dert.

Die wärmeisolierende Schicht kann aber auch durch Beschichtung des Blechkanals mit einem Keramikmaterial, beispielsweise durch Aufspritzen, vor dem Gießen gebildet sein. Im Rahmen der Erfindung kann aber auch die Außenfläche des Blechkanals emailliert sein, wobei das Email die wärmeisolierende Schicht bildet, die bei der Verarbeitung vor Bruch geschützt ist. Sollte diese Beschichtung später brechen, so würde dies keine nachteiligen Folgen haben, da hiebei die Isolierwirkung nicht verloren geht.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Blechkanal aber auch aus mindestens zwei Lagen bestehen, die einen die wärmeisolierende Schicht darstellenden Spalt bilden. Allen falls kann auch hier, wenn erforderlich, ein Trennmittel zwi schen den Lagen eingebracht sein. Der entstehende Luftspalt von wenigen ¹/₁₀ mm reicht aus, um eine genügende Wärmeisolie rung zu erzielen.

Bei luftgekühlten Zylinderköpfen kann in weiterer Ausgestal tung der Erfindung vorteilhaft dessen Buchse und Kopf als Ein heit vorgefertigt, z. B. verschweißt sein, und in der Kokille mit Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung umgossen sein.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes gemäß der Erfindung im Teilschnitt und

Fig. 2 in derselben Schnittdarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Zylinderkopf 1 weist einen Auslaßkanal 2 auf, der an die Abgasleitung 3 angeschlossen ist. Für das in den Zylinder raum 5 öffnende Auslaßventil 4 ist im Zylinderkopf 1 einer seits der Ventilsitzring 6 und andererseits die Büchse 7 zur Führung des Ventilschaftes 4′ eingesetzt. Der Blechkanal 8, welcher praktisch den gesamten Auslaßkanal 2 erfaßt, ist in den Zylinderkopf 1 eingegossen. Zwischen dem Blechkanal 8 und dem Gußkörper des Zylinderkopfes 1 ist eine wärmeisolierende Schicht 9 angeordnet, die durch Aufbringen eines Trennmittels auf den Blechkanal 8 vor dem Guß gebildet werden kann oder aus einer Beschichtung des Blechkanals mit einem Keramikmaterial, beispielsweise durch Aufspritzen vor dem Gießen oder durch Emaillieren des Blechkanales, gebildet sein kann. Es genügt für die angestrebte Wirkung, wenn die wärmeisolierende Schicht bzw. der Luftspalt einige ¹/₁₀ mm stark ist.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird die wärmeisolierende Schicht 9 durch zwei Blechlagen 10 und 11 gebildet, von wel chen die äußere Schicht 11 sich beim Guß mit dem Gußkörper verbindet und die zweite Schicht 10 den Auslaßkanal 2 bildet. Der zwischen den Blechlagen 10 und 11 gebildete Spalt, welcher die wärmeisolierende Schicht 9 bildet, kann so bestimmt wer den, daß er eine genügende Wärmeisolierung zum Zylinderkopf hin ergibt.

Claims

1. Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Auslaßkanal, der durch einen in den Zylinderkopf eingegos senen Blechkanal gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem eingegossenen Blechkanal (8) und dem Gußkör per der Zylinderkopf (1) eine wärmeisolierende Schicht (9) vorgesehen ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht (9) durch einen Luftspalt ge bildet ist, der durch Beschichtung des Blechkanals (8) mittels eines vorzugsweise wärmeisolierenden Trennmittels, z. B. Oxydschichten, Graphit, Nitrierschicht etc., vor dem Gießen erzeugt ist und eine metallische Verbindung zwi schen Gußkörper und Blechkanal (8) verhindert.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht (9) durch Beschichtung des Blechkanals (8) mit einem Keramikmaterial, beispielsweise durch Aufspritzen, vor dem Gießen gebildet ist.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Blechkanals (8) emailliert ist.

5. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blechkanal (8) aus mindestens zwei Lagen (10; 11) be steht, die einen die wärmeisolierende Schicht (9) darstel lenden Spalt bilden.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 1 für luftgekühlte Brennkraft maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Büchse und Kopf als Einheit vorgefertigt, z. B. verschweißt sind, und in der Kokille mit Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung umgossen ist.