EP0047835A1

EP0047835A1 - Leichtmetallzylinderkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP0047835A1
Application number: EP81105588A
Authority: EP
Inventors: Emil Dipl.-Ing. Lichtner
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1982-03-24
Also published as: DE3034591C2; US4426963A; CA1177348A; DE3034591A1

Abstract

Ein Leichtmetallzylinderkopf (1) mit einer Oxidbeschichtung zum Schutz des Bodenbereichs (5) gegen Wärmespannungen und einer Bohrung (10) im Ventilsteg für Einspritzdüse, Starthilfe oder Schußkanal hat im Bereich zwischen den Ventilöffnungen (2, 3) eingegossene Stahlblecheinlagen (6, 7), die zum Schutz bei der Oxidierung des Brennraumbodens ihrerseits mit Aluminium oder Keramik beschichtet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des ersten Anspruchs angegebenen Art.
Ein derartiger Zylinderkopf ist aus der DE-OS 29 04 940 bekannt. Einlagen haben hierin die Aufgabe, zur Verhinderung von Wärmerissen im Bodenbereich zwischen den Ventilen beizutragen.
Werden jedoch Zylinderköpfe mit zentraler Einspritzdüse oder einem Schußkanal und/oder Zündhilfe ausgerüstet, so können die Stegeinlagen nicht verhindern, daß im Bereich der Düsen-, Schußkanal- und Zündhilfebohrung Wärmerisse auftreten, die auch bis zu den Ventilsitzen oder bis zu den äußeren Dichtflächen am Zylinderboden laufen.
Aus diesem Grunde ist weiterhin in der Schrift vorgeschlagen worden, den gefährdeten Bodenbereich mit einer rißverhindernden Oxydschicht zu überziehen. Mit der Oxydschicht wird zum einen ein Abbau von Temperaturspitzen erreicht, so daß eine Vergleichsmäßigung der Zylinderkopfbodentemperatur erzielt wird. Zum anderen besitzt die Oxydschicht-gegenüber dem Leichtmetall eine unterschiedliche Wärmeausdehnung. Dadurch entstehen bei Betriebstemperatur große Zugspannungen in der Oxydschicht, so daß der angrenzende Leichtmetallbereich ebenfalls noch unter Zugspannung steht. Damit wird verhindert, daß die sonst auftretenden Druckspannungen eintreten, die zu Wärmerissen führen. Desweiteren wird durch die Oxydschicht verhindert, daß sich im Brennraumbodenbereich im Zylinderboden Lunker bilden, die sonst nach längerer Einsatzzeit bebachtet wurden.
Diese Oxydschicht bedingte jedoch, daß Einlagen aus Blech bei dem Aufbringen der Oxydschicht abgedeckt werden mußten; was zum einen zeitaufwendig und kostspielig war. Zum anderen mußte ein Mindestklebeabstand von 2 mm eingehalten werden, wobei dieser Abstand zwischen der (den) Bohrung (en) und den benachbarten Stegen aus konstruktiven Gründen nicht eingehalten werden konnten. Deshalb hat man bereits vorgeschlagen, die Einlagen aus Titan zu fertigen. Dies hat sich zwar bewährt, jedoch ist dadurch der Preis für die Einlage angestiegen, so daß sich der gesamte Zylinderkopf verteuerte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshlab, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art Einlagen aufzuzeigen, die in der Herstellung billiger sind und ebenfalls gegenüber dem Verfahren zum Aufbringen der rißverhindernden Oxydschicht widerstandsfähig sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Einlagen - wie bisher bekannt - aus Blechen bestehen können. Sie werden nur in dem Bereich, in dem sie mit der rißverhindernden Oxydschicht in Kontakt gelangen können, mit einem widerstandsfähigen Material verkleidet.
Als rißverhindernde Oxydschicht hat sich eine Aluminiumoxydschicht, die durch anodische Oxydation aufgetragen wird, bewährt. Bei der Verwendung von Aluminiumoxyd als rißverhindernde Schutzschicht eignet sich insbesondere die Verkleidung der Blecheinlagen mit Aluminium oder Keramik. Verfahren zum Aufbringen dieser Materialen auf Bleche sind an sich bekannt und auch für eine Großserienfertigung geeignet. Da diese Materialien widerstandsfähig gegen die rißverhindernde Oxydschicht sind, fällt das zeitraubende Abdecken der Stegeinlagen fort.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es stellen dar:

Abb. 1 einen Zylinderkopf einer ventilgesteuerten Brennkraftmäschine in Draufsicht auf den Zylinderkopfboden;
Abb. 2 einen Zylinderkopf nach Abb. 1 im Schnitt nach der Linie II - II.

Bei dem abgebildeten Zylinderkopf 1 sind die Auslaßventil- öffnung mit 2, die Einlaßventilöffnung mit 3 und der etwas gewölbte Zylinderkopfboden mit 4 bezeichnet. Der zwischen den beiden Ventilöffnungen 2 und 3 liegende, thermisch hoch beanspruchte und daher besonders stark zur Rißbildung neigende Bodenbereich 5, welcher auch den Randbereich der Bohrung 10 für die Einspritzdüse und/oder Zündhilfe mit umschließen kann, ist gegen den außenliegenden Bodenbereich durch Dehnfugen 6 und 7 abgetrennt, die von Ventilöffnung zu Ventilöffnung verlaufen. Die Dehnfugen 6 und 7 sind mit Stegeinlagen 8 (Blechen) ausgefüllt und können insbesondere die in Abb. 2 sichtbare Querschnittsform aufweisen.
Diese Ausführungsform hat die Wärmerisse in den Bodenbereich zwischen den Ventilen verhindert, nicht jedoch in jedem Fall die im Bereich der Düsen- und/oder Zündhilfebohrung 10, sowie diejenigen, die bei Vorhandensein eines Schußkanals von diesem ausgingen und sich bis in den äußeren Dichtungsbereich des Zylinderkopfbodens mit dem Zylinderrohr fortpflanzten.
Aus diesem Grunde wird der Zylinderkopf nach der Herstellung mitsamt den Stegeinlagen in ein saures Bad getaucht, dort wird der Zylinderkopf als Anode geschaltet und bei Anlegen von Gleich- oder Wechselstrom hoher Stromdichte bildet sich eine verstärkte Aluminiumoxydschicht, die fest einwächst. Je nach Größe der zu beschichtenden Fläche und Schichtdicke der Oxydschicht verbleibt der Zylinderkopf 1 in dem Bad. Die Schichtstärke ist üblicherweise ausreichend, wenn sie auf mindestens 50 pm angewachsen ist. Je nach Größe des Zylinderkopfbodens kann es hierbei sinnvoll sein,den Bodenbereich, welcher nicht zu den rißgefährdeten Bereichen zählt, durch eine Maske abzudecken.
Da die Stegeinlagen 8 aus Stahl sind, werden sie be dem Aufbringen der Oxydschicht angegriffen. Aus diesem Grund sind sie in ihrem oberen Bereich, d. h. in dem Bereich, in dem sie mit der rißverhindernden Oxydschicht in Kontakt gelangen, mit einer Schicht überzogen, die von der rißverhindernden Oxydschicht nicht angegriffen wird. Geeignet ist hierfür ein Überzug aus Aluminium oder Keramik, der auf an sich bekannte Weise vor dem Eingießen der Stegeinlagen in den Zylinderkopfboden auf diese aufgebracht wird.

Claims

1. Leichtmetallzylinderkopf für eine ventilgesteuerte Brennkraftmaschine, welcher in seinem zwischen den Ventilen liegenden Bodenbereich mindestens eine in diesem Boden eingelassene Einlage und eine im Brennraumbodenbereich vorgesehene Bohrung für eine Einspritzdüse oder einen Schußkanal und/oder eine Zündhilfe aufweist, wobei zumindest der zwischen den Ventilen liegende Bodenbereich einschließlich des Bohrungsbereiches mit einer_' rißverhindernden Oxydschicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (8) in ihrem mit des Oxydschicht in Kontakt gelangenden Bereich mit einer gegenüber dem Verfahren zur Erzeugung der Oxydschicht widerstandsfähigem Material verkleidet ist.

2. Ventilgesteuerte Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Oxydschicht aus Aluminium besteht und durch anodische Oxydation erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (8) in dem mit der Oxydschicht in Kontakt gelangenden Bereich keramisiert oder aluminisiert ist.