DE4025994A1

DE4025994A1 - Cylinder head for IC engine - has cover of highly heat-resistant material

Info

Publication number: DE4025994A1
Application number: DE4025994A
Authority: DE
Inventors: Mario Brighigna
Original assignee: VM Motori SpA
Current assignee: VM Motori SpA
Priority date: 1989-09-12
Filing date: 1990-08-16
Publication date: 1991-03-14
Also published as: IT8903617A0; IT1235593B

Abstract

The cylinder head is esp. for engines with compression ignition, and has a fuel injection nozzle (6). It is located above an engine block, forming a combustion chamber (2), with seats (3a, b) for distribution valves (4a, b). These open/close apertures for air intake, and combustion gases outlet, and are separated by a web. The cylinder head connects the apertures in the web area, and here is it has a cover (7) of a material of high heat resistance. This extends to the apertures, forming an area with high heat resistance, and discharge of heat generated by cumbustion. USE - Cylinder head for Diesel engine.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zylin derkopf, insbesondere für Motoren mit Kompressionszün dung, wie zum Beispiel Dieselmotoren.The present invention relates to a cylin derkopf, especially for engines with compression ignition such as diesel engines.

Es ist bekannt, daß die Hauptelemente, die den antrei benden Teil eines Motors mit Kompressionszündung bilden, gewöhnlich Diesel-Motoren genannt, in drei Hauptgruppen zusammengefaßt werden können: Die festen Strukturen, enthaltend den Motorblock, das Kurbelgehäuse, den Zylin der mit Laufbuchse und den Zylinderkopf; die Kurbelele mente enthaltend den Kolben, die Kolbenstange, den Pleuel, die Kurbelwelle und die Lager; und schließlich die Verteilerelemente mit den entsprechenden Schaltungen. Was von allen diesen Elementen in diesem speziellen Falle vorwiegend interessiert, ist der Zylinderkopf.It is known that the main elements that touch the form part of a compression ignition engine, usually called diesel engines, in three main groups can be summarized: The fixed structures, containing the engine block, the crankcase, the cylinder the one with the liner and the cylinder head; the crank elements containing the piston, the piston rod, the Connecting rods, the crankshaft and the bearings; and finally the distribution elements with the corresponding circuits. What of all of these elements in this particular case The cylinder head is mainly interested.

In der heute entwickelten Nomenklatur erweist sich der Zylinderkopf als ein sehr wichtiges Element, da er die Struktur bildet, welche die Verteilerelemente enthält (wenn auch nur zum Teil), d. h. das Ansaug- und das Ab laßventil (die im Takt mit dem Kolben mit einer wech selweisen Bewegung versehen sind), die Einspritzdüse, in die (im Falle von indirekter Einspritzung) die Vorkammer der Verbrennung eingearbeitet ist, und die zusammen mit dem Kolben die Verbrennungskammer für den Dieseltreib stoff bildet.In the nomenclature developed today, the Cylinder head as a very important element since it is the Structure that contains the distribution elements (if only in part), d. H. the intake and the exhaust release valve (which is synchronized with the piston with a selective movement), the injector, in the (in the case of indirect injection) the prechamber the combustion is incorporated, and that together with the piston the combustion chamber for the diesel drive fabric forms.

Normalerweise sind die beiden obengenannten Ventile auf dem Zylinderkopf eines neben dem anderen angeordnet und verschließen die jeweiligen Ansaug- und Ablaßöffnungen, welche die Verbindung zu der Verbrennungskammer erlauben, während die Einspritzdüse im Verhältnis zu den beiden Ventilen in der Mitte und quer zu diesen selbst angeord net ist, das heißt auf dem seitlichen Teil des Zylinder kopfes, auf jeden Fall jedoch direkt mit der Verbren nungskammer in Verbindung oder indirekt, wenn eine Vor kammer vorhanden ist.Usually the two valves above are on the cylinder head one next to the other and close the respective suction and discharge openings, which allow the connection to the combustion chamber, while the injector is relative to the two Valves in the middle and across them is net, that is, on the side part of the cylinder head, but in any case directly with the scorching chamber in connection or indirectly, if a pre chamber is present.

Ein so ausgelegter Zylinderkopf ist von erheblicher Zu verlässigkeit, bringt jedoch strukturelle Grenzen mit sich, insbesondere was die modernen Zylinderköpfe be trifft, die für schnelle Dieselmotoren hergestellt sind, also durch Guß aus Leichtmetall- oder Aluminumlegierun gen von geringem Gewicht (leichte Materialien und von er heblicher Wärmeentsorgung). Diese sind darauf zurückzu führen, daß in einigen Bereichen des Zylinderkopfes, ge nauer gesagt in dem Teil in der Nähe der Ansaug- und Ab laßventile, wo die Verbrennungswirkung am stärksten ist, dieser übermäßigen Wärmebelastungen unterliegt. Die Tem peraturkontrolle in diesem Bereich des Zylinderkopfes hat die Planer unvermeidbar dazu gebracht, die in Frage kom menden Leistungen zu begrenzen, um die Lebensdauer und den Wirkungsgrad des Motors zu gewährleisten.A cylinder head designed in this way is of considerable importance reliability, but has structural limits themselves, especially what modern cylinder heads are that are made for high-speed diesel engines, So by casting from light metal or aluminum alloy light weight (lightweight materials and he considerable heat disposal). These are due to this cause that in some areas of the cylinder head, ge more specifically, in the part near the intake and exhaust let valves where the combustion effect is strongest, this is subject to excessive heat loads. The tem temperature control in this area of the cylinder head inevitably brought the planners into question limiting services to lifespan and to ensure the efficiency of the engine.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist daher der, die hier erwähnten Nachteile zu vermeiden, und zwar durch die Her stellung eines Zylinderkopfes für Dieselmotoren, der eine größere Widerstandsfähigkeit und eine bessere Wärmeent sorgung aufweist, ohne in bezug auf die Struktur den Zy linderkopf selbst zu verändern.The purpose of the present invention is therefore that which is here to avoid disadvantages mentioned, namely by the Her position of a cylinder head for diesel engines, the one greater resilience and better heat has supply without the Zy change linderkopf yourself.

Die Erfindung, die durch die Ansprüche gekennzeichnet ist, beseitigt die obenerwähnten Nachteile durch einen Zylinderkopf, der in der Nähe des Stegbereiches, in dem der Zylinderkopf selbst die Ansaug- und Ablaßöffnungen miteinander verbindet, und oberhalb einer Verbrennungs kammer eine Auflage aus einem Material von hohem Wärmewi derstand aufweist, die sich bis in den Bereich der Öff nungen erstreckt, so daß ein Bereich von erheblichem Wi derstand und Ableitung der durch die Verbrennung erzeug ten Wärme gebildet wird.The invention characterized by the claims eliminates the disadvantages mentioned above by one Cylinder head located near the land area in which the cylinder head itself the intake and discharge openings connects with each other, and above a combustion chamber a pad made of a material of high heat the level that extends up to the area of the public extends so that an area of considerable Wi the state and derivation of the generated by the combustion heat is formed.

Einer der durch die vorliegende Erfindung erreichten Vor teile besteht im wesentlichen darin, daß ein Zylinder kopf mit den gleichen Abmessungen benutzt werden kann wie die der Zylinderköpfe der normalen Produktion, jedoch mit einem mehr oder weniger weiten, auf jeden Fall aber immer spezifisch angeordneten Bereich versehen, der in bezug auf Wärmewiderstand weitaus höhere Eigenschaften auf weist. Dieser Bereich erlaubt somit eine schnelle Ab leitung der Wärme mit der Möglichkeit, die Eigenschaften der Leistung und Zuverlässigkeit des gesamten Elementes zu erweitern.One of the advantages achieved by the present invention parts is essentially that a cylinder head with the same dimensions can be used as that of the cylinder heads of normal production, but with a more or less wide one, but definitely always specifically arranged area provided with respect to on thermal resistance much higher properties points. This area thus allows a quick down Conduction of heat with the possibility of the properties the performance and reliability of the entire element to expand.

Die Erfindung wird nachstehend detaillierter beschrieben, und zwar unter Zuhilfenahme der Zeichnungen, die eine rein als Beispiel gedachte und nicht begrenzende Verwirk lichungsform darstellen, von denenThe invention is described in more detail below. with the help of the drawings, the one purely exemplary and non-limiting forfeiture represent the form of light, of which

Abb. 1 in Plandarstellung den betreffenden Zylinder kopf der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 1 shows a plan view of the cylinder head of the present invention;

Abb. 2 zeigt einen Schnitt II-II in zerlegter Dar stellung des Zylinderkopfes aus Abb. 1; Fig. 2 shows a section II-II in disassembled Dar position of the cylinder head from Fig. 1;

Abb. 3 zeigt in einer gleichen Plandarstellung wie die in Abb. 1 die Elemente einer Konstruktions variante des betreffenden Zylinderkopfes der vor liegenden Erfindung; Fig. 3 shows in a same map as that in Fig. 1, the elements of a construction variant of the cylinder head concerned of the present invention;

Abb. 4 zeigt einen Schnitt IV-IV aus Abb. 3. Fig. 4 shows a section IV-IV from Fig. 3.

Übereinstimmend mit den Abbildungen ist der Zylinderkopf als Gegenstand der vorliegenden Erfindung, der bei Dieselmotoren verwendet wird, mit 1 bezeichnet und beschreibt mit dem entsprechenden Motorblock, der hier nicht beschrieben ist, da von gewöhnlicher Ausle gung, eine Verbrennungskammer 2 (schematisch gezeigt durch die Linien der Abmessungen des entsprechenden Kol bens). Dieser Zylinderkopf 1 ist außerdem zur Aufnahme und als Halterung mit Hilfe von entsprechenden Sitzen 3a und 3b von Verteilerventilen 4a und 4b zum Öffnen und/ oder Schließen entsprechender Öffnungen 5 zum Ansaugen der Luft beziehungsweise zum Ablassen der Verbrennungs gase (s. Abb. 4) bestimmt.In accordance with the figures, the cylinder head as the object of the present invention, which is used in diesel engines, is designated by 1 and describes with the corresponding engine block, which is not described here, since it is of conventional design, a combustion chamber 2 (shown schematically by the lines the dimensions of the corresponding piston). This cylinder head 1 is also for receiving and as a holder with the help of corresponding seats 3 a and 3 b of distributor valves 4 a and 4 b for opening and / or closing corresponding openings 5 for sucking in the air or for releasing the combustion gases (see Fig . 4).

Dieser Zylinderkopf 1 trägt ebenfalls eine Einspritzdüse 6, die zwecks Einspritzung des Kraftstoffes ebenfalls mit der Verbrennungskammer 2 in Verbindung ist und dazu dient, die Verbrennungskammer 2 selbst mit zerstäubtem Kraftstoff zu speisen.This cylinder head 1 also carries an injection nozzle 6 , which is also connected to the combustion chamber 2 for the purpose of injecting the fuel and serves to feed the combustion chamber 2 itself with atomized fuel.

Der Zylinderkopf 1 nach dieser Lösung, der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, weist im Bereich des Steges, wo er die Ansaug- und Ablaßöffnungen 5 miteinan der verbindet, und oberhalb der Verbrennungskammer 2 eine Auflage 7 aus einem Material mit hohem Wärmewiderstand auf, die sich bis in den umlaufenden Bereich der Öffnun gen 5 erstreckt, so daß ein Bereich von hohem Widerstand und der Ableitung der Wärme gebildet ist, die während der Verbrennung erzeugt wird.The cylinder head 1 according to this solution, which forms the object of the present invention, has in the area of the web, where it connects the suction and discharge openings 5 miteinan, and above the combustion chamber 2, a pad 7 made of a material with high thermal resistance, which extends into the circumferential area of the openings 5 , so that an area of high resistance and the dissipation of the heat is generated which is generated during the combustion.

Genauer gesagt wird diese Auflage 7 (s. Abb. 1) aus einer Platte 8 gebildet, die zum Beispiel aus Stahl oder aus besonderen Legierungen hergestellt ist (das heißt aus ei nem Material mit einem guten Wärmewiderstand), und die zwischen den beiden Sitzen 3a und 3b zur Aufnahme der entsprechenden Ventile 4a und 4b angeordnet und ergänzend in einen mit 9 bezeichneten und in den Zylinderkopf 1 eingearbeiteten Sitz einsetzbar ist, so daß sie den Ver bindungssteg zwischen den beiden Sitzen selbst zur Auf nahme der Ventile kopiert und eine ununterbrochene Ober fläche beschreibt.To be more precise, this support 7 (see FIG. 1) is formed from a plate 8 , which is made, for example, of steel or of special alloys (that is, of a material with good thermal resistance), and which is between the two seats 3 a and 3 b arranged for receiving the corresponding valves 4 a and 4 b and can also be used in a designated 9 and incorporated in the cylinder head 1 seat, so that they copied the Ver connecting web between the two seats themselves to take on the valves and describes an uninterrupted surface.

In dem speziellen Falle der Abb. 1 ist die Platte 8 beiderseitig so profiliert, daß ein doppelter Bogen er zeugt wird, der einen Teil eines jeden der Sitze 3a und 3b zur Aufnahme der Ventile bildet. Natürlich sind Be festigungsmittel vorhanden, die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet sind, und die der Platte 8 eine stabile Verbindung derselben in dem Sitz 9 des Zylinderkopfes 1 erlauben.In the special case of Fig. 1, the plate 8 is profiled on both sides so that a double arc is created, which forms part of each of the seats 3 a and 3 b for receiving the valves. Of course, there are fasteners, which are designated in their entirety by 10 , and which allow the plate 8 to have a stable connection thereof in the seat 9 of the cylinder head 1 .

Im Detail werden diese Befestigungsmittel 10 in dem dar gestellten Falle aus einer Anzahl von Spreiznieten 11 ge bildet (eine davon ist in der Abb. 2 vollständig sichtbar), die paarweise auf der Platte 8 angeordnet und jeweils mit einem Stift 12 versehen sind, der in die Mit te der Niete selbst einschiebbar ist, um diese zu sprei zen. Diese Stifte 12 erlauben die Befestigung der Niete innerhalb einer entsprechenden Bohrung 13, die in den Zylinderkopf 1 eingearbeitet ist.In detail, these fasteners 10 are formed in the case presented from a number of expansion rivets 11 ge (one of which is fully visible in Fig. 2), which are arranged in pairs on the plate 8 and each provided with a pin 12 which in the center of the rivet itself can be pushed in to spread it out. These pins 12 allow the rivets to be fastened within a corresponding bore 13 which is machined into the cylinder head 1 .

In einer alternativen Verwirklichungsform, die zum Teil in den Abb. 3 und 4 gezeigt wird, ist die Platte 8 aus einem einzigen Körper zusammen mit einer zylindri schen Buchse 14a (allgemein Sitz genannt) zur Aufnahme und zum Halten eines der Ansaug- oder Ablaßventile 4a und 4b hergestellt, eine Buchse, die normalerweise mit einer zweiten Buchse 14b den eigentlichen Arbeitssitz der obengenannten Ventile bildet.In an alternative realization form, which is shown in part in Figs. 3 and 4, the plate 8 is made of a single body together with a cylindrical sleeve 14 a (commonly called seat) for receiving and holding one of the suction or drain valves 4 a and 4 b manufactured, a socket that normally forms the actual work seat of the above valves with a second socket 14 b.

Nach beendeter Montage an dem Zylinderkopf 1, befindet sich die auf der Buchse 14a hergestellte Platte 8 mit ih rem freien und bogenförmig profilierten Ende 8a in Berüh rung mit oder dicht an der anderen Buchse 14b angeordnet. In einer weiteren alternativen Lösung gegenüber den vor stehend gezeigten kann das Element 7 direkt als Auflage material in dem obengenannten Bereich des Steges herge stellt sein, beispielsweise durch die herkömmliche Tech nik des Plasma-Spray, durch die ein pulverförmiges Mate rial (vorzugsweise Keramik oder andere metallene Super legierungen) auf den bestimmten Bereich "geschossen" wird, und zwar von einer Flüssigkeit mit sehr hoher Tem peratur, die in der Lage ist, das pulverförmige Material zu erweichen oder zum Teil zu schmelzen, so daß ein An haften in Form eines mehr oder weniger dicken Films mög lich ist. In diesem letzteren Falle zeigt sich der Zylin derkopf vollkommen dem in Abb. 1 gezeigten ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, daß er keine Befestigungs mittel 10 aufweist. After assembly on the cylinder head 1 , the plate 8 produced on the socket 14 a is located with its free and arc-shaped profiled end 8 a in contact with or close to the other socket 14 b. In a further alternative solution to the one shown above, the element 7 can be produced directly as a support material in the abovementioned area of the web, for example by the conventional technology of the plasma spray, by means of which a powdery material (preferably ceramic or other) metal super alloys) is "shot" on the specific area, namely by a liquid with a very high temperature, which is able to soften or partially melt the powdery material, so that it adheres to a more or less thick film is possible. In this latter case, the Zylin derkopf is completely similar to that shown in Fig. 1, with the only difference that it has no fastening means 10 .

Insgesamt bieten alle gezeigten Lösungen eine erhebliche und weitreichende Sicherheit was die Widerstandsfähigkeit und die Ableitung der Wärme gerade in den Bereichen be trifft, in denen normalerweise die größten thermischen Belastungen entstehen. Dadurch ist es möglich, auf die Verbrennung einzuwirken, indem die Temperatur in der Kam mer erhöht wird mit der daraus sich ergebenden Verbesse rung der Eigenschaften des Motors, wobei die konstrukti ven Elemente des Motors selbst unverändert bleiben. Die so ausgelegte Erfindung unterliegt zahlreichen Ände rungen und Varianten, die alle in den Bereich des erfin derischen Konzepts fallen. Außerdem können alle Details durch technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.Overall, all of the solutions shown offer a significant one and far-reaching security what resilience and the dissipation of heat especially in the areas where usually the largest thermal Burdens arise. This makes it possible to access the Combustion by the temperature in the chimney is always increased with the resulting improvements tion of the properties of the engine, the constructi ven elements of the engine itself remain unchanged. The invention thus conceived is subject to numerous changes stances and variants, all in the field of inventions derischer concept fall. You can also see all the details be replaced by technically equivalent elements.

Claims

1. Cylinder head for engines, especially for those with compression ignition such as diesel engines, containing an engine block for receiving at least one piston with alternating movement and a cylinder head ( 1 ) which is arranged above the engine block and together with this a combustion chamber ( 2 ) be writes, which serves to accommodate with the help of appropriate seats ( 3 a and 3 b) distribution valves ( 4 a and 4 b), which also with an alternative movement to open and / or close corresponding openings ( 5 ) for sucking in air or to discharge combustion gases and are separated from each other by a web area, said cylinder head ( 1 ) also carrying an injection nozzle ( 6 ), which is also in communication with the combustion chamber ( 2 ) and serves to supply the fuel , characterized in that it in the web area in which said cylinder head ( 1 ) the gena Nnten openings for suction and discharge connects together, a support ( 7 ) made of material with high thermal resistance, which extends to the said openings ( 5 ), so that a loading area with high thermal resistance and dissipation of the heat generated by the combustion is formed.

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that said support ( 7 ) consists of a plate ( 8 ) which between said two seats ( 3 a and 3 b) for receiving said two valves ( 4 a and 4th b) is arranged and can additionally be inserted into a seat ( 9 ) incorporated in said cylinder head ( 1 ), so that said web is copied for connecting said two openings ( 5 ), said plate ( 8 ) being profiled on both sides in this way that a double sheet is produced which forms part of each of said seats ( 3 a and 3 b) for receiving the valves, and wherein fastening means ( 10 ) are provided which act on said plate ( 8 ) and so serve to connect them firmly to the cylinder head ( 1 ) mentioned.

3. Cylinder head according to claim 2, characterized in that said fastening means ( 10 ) consist of a number of rivets ( 11 ), each of which is provided with a central pin ( 12 ), which is used to spread the rivet itself in to block a corresponding hole ( 13 ) which is incorporated in the cylin derkopf ( 1 ).

4. Cylinder head according to claim 2, in which said cylinder head ( 1 ) with a pair of cylindri's sockets ( 14 a and 14 b) for receiving and holding said suction and drain valves ( 4 a and 4 b) is seen ver which are inserted longitudinally into corresponding and in the genann th cylinder head ( 1 ) bores and form with one of their ends said openings ( 5 ) for suction and discharge, characterized in that said plate ( 8 ) in the transverse direction with at least one said cylindrical bushings ( 14 a) for receiving the valve are firmly connected and with their free end ( 8 a) in the vicinity of or in contact with the other bush ( 14 b) is arranged.

5. Cylinder head according to claim 1, characterized in that said support ( 7 ) consists of a film made of ceramic material or of a metal super alloy.

6. Cylinder head according to the preceding claims and after what with reference to the pictures in the drawings and for the purposes mentioned has been described and shown.