JP2009538396A - Cylinder head for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
本発明は、外側構造体(2)内に鋳設された少なくとも1つの鋳造体(4)を備え、外側構造体(2)と鋳造体(4)とは異なった材料からなる軽量構造内燃機関用シリンダヘッド(1)に関する。高度な疲れ強さと高度な耐熱衝撃性とを達成するために、少なくとも1つの鋳造体(4)は支持構造体(3)を形成するとともにシリンダヘッドねじを収容する少なくとも1つのねじノズル(5)を形成するように構成されている。 The present invention comprises a lightweight structural internal combustion engine comprising at least one cast body (4) cast in the outer structure (2), wherein the outer structure (2) and the cast body (4) are made of different materials. Cylinder head (1). In order to achieve a high fatigue strength and a high thermal shock resistance, the at least one cast body (4) forms a support structure (3) and at least one screw nozzle (5) which accommodates the cylinder head screw. Is formed.
Description
本発明は、外側構造体内に鋳設された少なくとも1つの鋳造体を備え、外側構造体と鋳造体とは異なった材料からなる軽量構造内燃機関用シリンダヘッドに関する。さらに本発明は、ストローク弁によって密閉可能な、燃焼室内に開口する少なくとも1つのガス交換路孔を有し、前記ストローク弁は密閉状態において、シリンダヘッドによって形成された弁座上に接当するように構成したピストン往復機関とくに内燃機関用のねずみ鋳鉄製シリンダヘッドに関する。さらに本発明は上記シリンダヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a cylinder head for a lightweight internal combustion engine, comprising at least one cast body cast in an outer structure, and made of a material different from that of the outer structure and the cast body. Furthermore, the present invention has at least one gas exchange passage hole that can be sealed by a stroke valve and that opens into the combustion chamber, and the stroke valve is in contact with a valve seat formed by a cylinder head in a sealed state. The invention relates to a cylinder head made of gray cast iron for a piston reciprocating engine, particularly an internal combustion engine. The present invention further relates to a method for manufacturing the cylinder head.
特に乗用車ディーゼルエンジン・シリンダヘッドの出力密度の増大はシリンダヘッドの疲れ強さならびに耐熱衝撃性によって制限される。疲れ強さの不足により、ピーク圧力の増大に伴って特にウォータジャケットならびにガス交換路領域において疲れ破壊が生じるおそれがある。シリンダヘッドへの熱伝達は出力に対しておおよそ一定な割合となっている。これにより、表面温度振幅は少なくとも出力密度に比例して増大し、そのため、耐熱衝撃性が不十分であれば各熱サイクル中にシリンダヘッドの損傷が生ずることになる。 In particular, the increase in power density of passenger car diesel engines and cylinder heads is limited by the fatigue strength and thermal shock resistance of the cylinder head. The lack of fatigue strength can lead to fatigue failure with increasing peak pressure, especially in the water jacket and gas exchange path region. The heat transfer to the cylinder head is approximately a constant ratio with respect to the output. As a result, the surface temperature amplitude increases at least in proportion to the power density. Therefore, if the thermal shock resistance is insufficient, the cylinder head is damaged during each thermal cycle.
高度な疲れ強さはねずみ鋳鉄製、特にGJV(バーミキュラ黒鉛鋳鉄)製のシリンダヘッドによって実現可能である。アルミニウム合金からねずみ鋳鉄への切換えは危険ゾーンの疲れ強さに関しおおよそ50%の上昇をもたらす。ただし、ねずみ鋳鉄製シリンダヘッドの短所は、Al−Si−Mg合金の約5分の1に低下してしまう熱伝導性の悪化である。これによって、ねずみ鋳鉄製シリンダヘッドの最大温度はさらに高くなる(約400℃)。この温度レベルは中度の出力密度で達成されてしまう。出力密度の高まりによる温度負荷の増大は大幅な強度低下をもたらすとともに熱機械亀裂発生による大幅な寿命低下をもたらすことになる。加えてさらに、乗用車の場合の比較的密集配置されたエンジンの幾何的条件によっても、熱的交番負荷のもとで大幅な寿命低下となる。したがって、疲れ強さおよび剛性に対する要求を考慮すると鋼製ないしねずみ鋳鉄製のシリンダヘッドが有利であり、耐熱衝撃性に対する要求を考慮するとむしろアルミニウム製シリンダヘッドが有利となる。 High fatigue strength can be achieved with a cylinder head made of gray cast iron, in particular GJV (Vermicular Graphite Cast Iron). Switching from aluminum alloy to gray cast iron results in an approximately 50% increase in the fatigue strength of the danger zone. However, a disadvantage of the gray cast iron cylinder head is a deterioration in thermal conductivity that is reduced to about one-fifth that of an Al—Si—Mg alloy. This further increases the maximum temperature of the gray cast iron cylinder head (approximately 400 ° C.). This temperature level is achieved at moderate power densities. An increase in temperature load due to an increase in power density leads to a significant decrease in strength and a significant decrease in life due to the occurrence of thermomechanical cracks. In addition, the geometric conditions of the relatively densely arranged engines in the case of passenger cars also lead to a significant reduction in life under thermal alternating loads. Accordingly, a steel or gray cast iron cylinder head is advantageous when considering the requirements for fatigue strength and rigidity, and an aluminum cylinder head is rather advantageous when considering the requirements for thermal shock resistance.
複合材料からシリンダヘッドを製造することはすでに公知である。欧州特許公開公報第0262240号(特許文献1)は、底板と、別個に製造された上側部材とを有し、これらが互いに着脱式に連結されているシリンダヘッドを記載している。この技術では、底板は上側部材よりも高度な耐熱性を有すると同時に上側部材よりも低い熱伝導性を有する材料で構成されている。短所は高負荷領域に複合ゾーンが形成されるとともに底板による熱伝達の低下が生ずることであり、これによって出力サイクルにおいて高い熱的交番負荷にさらされ当該材料損傷が生ずるとともにガス側における高い部材温度が発生する。 It is already known to produce cylinder heads from composite materials. European Patent Publication No. 0262240 (Patent Document 1) describes a cylinder head having a bottom plate and a separately manufactured upper member, which are detachably connected to each other. In this technique, the bottom plate is made of a material having higher heat resistance than the upper member and at the same time lower thermal conductivity than the upper member. Disadvantages are the formation of a composite zone in the high load area and a reduction in heat transfer due to the bottom plate, which exposes the material to high thermal alternating loads during the power cycle and causes damage to the material and high component temperatures on the gas side. Will occur.
欧州特許公開公報第0462850号(特許文献2)から、シリンダヘッドにおいて壁面強度を高めるために繊維強化されたインサートを弁孔の間に鋳設することが知られている。この技術では、移行ゾーンにおける連結に関して問題が生じる。さらに、熱伝導性の低下が温度振幅の高まりをもたらす点が短所である。加えてさらに、複合材料は強い脆化傾向を有しており、これにより熱的交番負荷下で大幅な寿命低下が生ずる。 From European Patent Publication No. 0462850 (Patent Document 2), it is known that a fiber reinforced insert is cast between valve holes in order to increase wall strength in a cylinder head. This technique presents a problem with connection in the transition zone. Further, the disadvantage is that the decrease in thermal conductivity leads to an increase in temperature amplitude. In addition, composite materials have a strong tendency to embrittle, which results in a significant decrease in life under thermal alternating loads.
ドイツ特許公開公報第3100755号(特許文献3)は、バルブブリッジ間を分散強化焼結アルミニウムからなる1つまたは複数の挿入方式で補強した内燃機関用シリンダヘッドを記載している。ただし、鋳設プロセスにおけるアルミニウム焼結部材の連結は、移行領域が熱的・機械的高負荷領域にあるために、非常に困難である。長期耐久特性はこれらの対策によっても改善することはできない。 German Patent Publication No. 3100755 (Patent Document 3) describes a cylinder head for an internal combustion engine in which the valve bridges are reinforced by one or more insertion methods made of dispersion strengthened sintered aluminum. However, the connection of the aluminum sintered member in the casting process is very difficult because the transition region is in the thermal and mechanical high load region. Long-term durability characteristics cannot be improved by these measures.
内燃機関シリンダヘッド用の弁座を製作するため、弁座が形成さるべき箇所にエネルギーを供給することにより、付加材料をシリンダヘッドに融着することが知られている。この種の弁座および弁座製作方法は以下の文献つまり、国際公開第2004/048756号(特許文献4)、ドイツ特許公開公報第19912889号(特許文献5)、ドイツ特許公報第10329912号(特許文献6)または国際公開第99/02839号(特許文献7)から公知である。さらに、ドイツ特許公開公報第10218563号(特許文献8)から、レーザプレーティング法を使用した弁座製作方法が公知である。 In order to produce a valve seat for an internal combustion engine cylinder head, it is known to fuse additional material to the cylinder head by supplying energy to the location where the valve seat is to be formed. This type of valve seat and valve seat manufacturing method are as follows: International Publication No. 2004/048756 (Patent Document 4), German Patent Publication No. 19912889 (Patent Document 5), German Patent Publication No. 10329912 (Patent Publication) Document 6) or WO 99/02839 (Patent Document 7). Furthermore, from German Patent Publication No. 10218563 (Patent Document 8), a valve seat manufacturing method using a laser plating method is known.
さらに、耐摩耗性を高めるために局所的溶融プロセスによって金属鋳造材料の組織を変化させることが知られている。溶融コーティングは、鋳造組織とは異なる耐摩耗性材料を層形成しなければならないために、比較的手間がかかると共に高コストである。さらに、弁座を誘導加熱焼入れすることが知られている。ただし、誘導加熱焼入れされた弁座の構造は、例えば、過給式内燃機関の排気弁で達成されるような高温時に、十分な安定性を維持できないという短所がある。 Furthermore, it is known to change the structure of the metal casting material by a local melting process in order to increase the wear resistance. Melt coating is relatively time consuming and costly because it must be layered with a wear resistant material that is different from the cast structure. Furthermore, it is known to heat and quench the valve seat. However, the structure of the induction-heat-quenched valve seat has a disadvantage that sufficient stability cannot be maintained at a high temperature that can be achieved by, for example, an exhaust valve of a supercharged internal combustion engine.
本発明の目的は、上記の問題点を回避して、高度な疲れ強さと高度な耐熱衝撃性とを有するシリンダヘッドを提供することである。本発明のさらなる目的は、冒頭に述べたタイプのシリンダヘッドにおいて安定した耐摩耗性弁座をできるだけ容易な方法で製作することである。 An object of the present invention is to provide a cylinder head having high fatigue strength and high thermal shock resistance while avoiding the above problems. A further object of the invention is to produce a stable wear-resistant valve seat in the cylinder head of the type mentioned at the outset in the simplest possible way.
上記課題は本発明により、前記鋳造体が支持構造体を形成するとともにシリンダヘッドねじを収容する少なくとも1つのねじノズルを形成することによって達成される。好ましくは、前記鋳造体はシリンダごとに、燃焼室内に開口する構成部材の収容に使用される少なくとも1つの好ましくは中央に位置する挿入部材を形成する。 The object is achieved according to the invention by the casting forming a support structure and at least one screw nozzle for accommodating a cylinder head screw. Preferably, the cast body forms, for each cylinder, at least one, preferably centrally located, insertion member that is used to accommodate a component that opens into the combustion chamber.
疲れ強さを向上させるには、少なくとも2本のねじノズルがノズル軸心に対して好ましくは垂直に配置された少なくとも1つの第1の補強材を介して互いに連結されているのが好適であり、その際、前記ねじノズルまたは前記挿入部材あるいはその両方を円筒スリーブとして形成してもよい。この場合、前記中央に位置する挿入部材は燃焼室隔壁のガス側から、同所における熱伝導に悪い影響を及ぼさないように、切り離されて形成されている。前記挿入部材とガス側との間には前記外側構造体領域が配置されており、前記挿入部材は前記外側構造体内に埋設されている。前記円筒形挿入部材は、エンジン型式に応じ、点火プラグまたはインジェクタを収容する。前記挿入部材の形状は目的とされた用途に応じて決定される。前記挿入部材がインジェクタの収容を目的として形成されている場合には、前記挿入部材にインジェクタねじ止め用のねじを収容するねじノズルが一体鋳造されるのが好適である。そのため、前記ねじノズルはインジェクタねじ止め用の締付ねじ螺挿孔を有している。これにより、アルミニウム材料ための必要締付力が極めて高くなるため、シリンダヘッドの問題となるゾーンがなくなる。 In order to improve the fatigue strength, it is preferred that the at least two screw nozzles are connected to each other via at least one first stiffener arranged preferably perpendicular to the nozzle axis. In this case, the screw nozzle and / or the insertion member may be formed as a cylindrical sleeve. In this case, the insertion member located at the center is separated from the gas side of the combustion chamber partition so as not to adversely affect the heat conduction in the same place. The outer structure region is disposed between the insertion member and the gas side, and the insertion member is embedded in the outer structure. The cylindrical insertion member accommodates a spark plug or an injector depending on the engine type. The shape of the insertion member is determined according to the intended use. When the insertion member is formed for the purpose of accommodating an injector, it is preferable that a screw nozzle for accommodating a screw for fixing the injector screw is integrally cast on the insertion member. Therefore, the screw nozzle has a tightening screw screw insertion hole for fixing the injector screw. As a result, the necessary clamping force for the aluminum material becomes very high, so that there is no problem zone for the cylinder head.
前記鋳造体は、シリンダヘッドねじ用のねじノズルによって形成されるとともにさらに、斜めの第2の補強材を介して前記中央に位置する挿入部材が組み込まれているトラス状フレームで構成される。前記ねじノズルの間の前記第1の補強材はシリンダヘッド上面における構造歪みを防止するとともにシリンダヘッド座面における周期的な曲げを防止する。前記挿入部材によって形成された中央円筒は安定化支柱のように機能する。前記第1の補強材と第2の補強材はガス交換路を支持する。 The cast body is formed of a truss-like frame which is formed by a screw nozzle for a cylinder head screw and further incorporates an insertion member located at the center via an oblique second reinforcing material. The first reinforcing material between the screw nozzles prevents structural distortion on the upper surface of the cylinder head and prevents periodic bending on the cylinder head seating surface. The central cylinder formed by the insertion member functions like a stabilizing post. The first reinforcing material and the second reinforcing material support the gas exchange path.
本発明の好適な実施形態において、それぞれのシリンダの前記ねじノズルは燃焼室隔壁の領域において好ましくはリング状の第3の補強材を介して互いに連結されており、特に好ましくは前記第3の補強材は、平面視でシリンダヘッドガスケットの領域に配置されている。前記第3の補強材の輪郭は、その封止作用を強化するため、シリンダヘッドガスケットに適応させている。 In a preferred embodiment of the invention, the screw nozzles of the respective cylinders are connected to one another in the region of the combustion chamber partition, preferably via a ring-shaped third reinforcement, particularly preferably the third reinforcement. The material is arranged in the area of the cylinder head gasket in plan view. The contour of the third reinforcing material is adapted to the cylinder head gasket in order to strengthen its sealing action.
本発明のさらに別の実施形態において、前記鋳造体はガス交換弁の少なくとも1つの弁ガイド受けを形成し、好ましくは、前記弁ガイド受けは前記ねじノズルまたは前記挿入部材と連結され、弁ばね受けは前記弁ガイド受けと一体化されてよい。この場合、ガス交換弁の少なくとも1つの弁ガイド受けは円錐状の第1または第2の補強材に組み込み可能である。 In yet another embodiment of the present invention, the cast body forms at least one valve guide receiver of a gas exchange valve, preferably the valve guide receiver is connected to the screw nozzle or the insertion member, and a valve spring receiver. May be integrated with the valve guide receiver. In this case, at least one valve guide receptacle of the gas exchange valve can be incorporated into the conical first or second reinforcement.
前記鋳造体は多体式に形成されて、好ましくはシリンダごとに1つのシリンダ区画を形成しているのが特に有利であり、この場合、隣接したシリンダのシリンダ区画は好ましくは差込み結合を介して互いに連結可能であってよい。この場合、好ましくは個々のシリンダ区画は第1の補強材を介して互いに連結された2本のねじノズルならびに、ねじノズルごとにそれぞれさらに別の1つの第1の補強材を有し、前記さらに別の双方の第1の補強材は隣接するシリンダ区画の前記ねじノズルと連結可能であり、好ましくは前記ねじノズルに差し込み可能であってよい。さらに、前記鋳造体はシリンダごとにリング状の第3の補強材を有し、前記リング状の第3の補強材はそれぞれのシリンダの前記ねじノズルと連結可能であり、好ましくは前記ねじノズルに差し込み可能とする。さらに、少なくとも1つのシリンダの前記第3の補強材は前記シリンダの前記ねじノズルに差し込み可能としてもよい。これらの対策は鋳型への前記鋳造体の組み入れを容易にする。 It is particularly advantageous that the casting is formed in a multi-body fashion, preferably forming one cylinder section per cylinder, in which case the cylinder sections of adjacent cylinders are preferably connected to each other via plug-in connections. It may be connectable. In this case, preferably each individual cylinder section has two screw nozzles connected to each other via a first stiffener and a further first stiffener for each screw nozzle, said further Both other first stiffeners can be connected to the screw nozzles of adjacent cylinder sections, and can preferably be plugged into the screw nozzles. Further, the cast body has a ring-shaped third reinforcing material for each cylinder, and the ring-shaped third reinforcing material can be connected to the screw nozzles of the respective cylinders. It can be inserted. Furthermore, the third reinforcing member of at least one cylinder may be insertable into the screw nozzle of the cylinder. These measures facilitate the incorporation of the casting into the mold.
前記外側構造体は軽金属、例えば、アルミニウム合金または銅合金で形成することができる。これにより、前記シリンダヘッドは燃焼室側においてできるだけ高い熱伝導性を有し、これにより、熱的交番負荷に起因する応力ができるだけ僅小となる構成が実現する。 The outer structure may be formed of a light metal, such as an aluminum alloy or a copper alloy. As a result, the cylinder head has as high a thermal conductivity as possible on the combustion chamber side, thereby realizing a configuration in which the stress caused by the thermal alternating load is minimized.
前記シリンダヘッドの高いレベルの疲れ強さを可能にするため、前記鋳造体は鋼または好ましくは球状黒鉛化されたねずみ鋳鉄から製造される。前記外側構造体とは異なり、前記鋳造体によって形成された支持構造体は、低い歪みレベルが保証されるように、高い弾性率を有する金属が使われる。前記高度の疲れ強さは周期的なガス荷重に耐えるために不可欠である。これらの要件は鋼または予備鋳造された高力球状黒鉛ねずみ鋳鉄の使用によって満たされる。前記支持構造体はシリンダごとに予備鋳造され、コアと共に鋳型にセットされて鋳造される。この場合、前記支持構造体はトラス状に形成されており、その形状はガス交換路の仕様に合わせられる。この場合、弁座リングを一体に鋳造することも可能であり、また、ねじパイプまたはカムシャフトベアリングを組み込むことも可能である。さらに、インジェクタ支えの補助も実現可能である。前記鋳造体が多体式に形成されていれば、鋳型中への容易かつ正確な配置が可能であり、この場合、個々の部材、例えば、ねじノズル、挿入部材、部材受けまたは補強材あるいはその両方は、差込み結合によって互いに連結可能である。 In order to allow a high level of fatigue strength of the cylinder head, the cast body is made of steel or preferably spheroidal graphitized gray cast iron. Unlike the outer structure, the support structure formed by the cast body is made of a metal having a high modulus of elasticity so that a low strain level is guaranteed. The high degree of fatigue strength is essential to withstand periodic gas loads. These requirements are met by the use of steel or pre-cast high strength spheroidal graphite gray cast iron. The support structure is pre-cast for each cylinder, set in a mold together with the core, and cast. In this case, the support structure is formed in a truss shape, and the shape is matched to the specifications of the gas exchange path. In this case, it is possible to cast the valve seat ring in one piece and to incorporate a threaded pipe or camshaft bearing. Further, it is possible to assist the injector support. If the cast body is formed into a multi-body type, it can be easily and accurately placed in the mold, and in this case, individual members, for example, screw nozzles, insertion members, member receivers and / or reinforcements, can be used. Can be connected to each other by plug-in coupling.
安定的かつ耐摩耗性のある弁座を製作するため、弁座領域の鋳造組織は再融される。この場合、材料の付加は行われず、本来の鋳造組織のみが再融される。 In order to produce a stable and wear-resistant valve seat, the cast structure in the valve seat area is remelted. In this case, no material is added and only the original cast structure is remelted.
亀裂形成の危険ならびに歪み傾向を低下させるには、部材を再融プロセス前に鋳造材料のマルテンサイト変態開始温度以上の温度(約300℃)に予熱するのが好ましい。前記再融プロセスは好ましくはレーザ再融プロセスによって実施される。 In order to reduce the risk of crack formation as well as the tendency to strain, the member is preferably preheated to a temperature above the martensitic transformation start temperature of the cast material (about 300 ° C.) prior to the remelting process. Said remelting process is preferably performed by a laser remelting process.
前記再融ゾーンには、急冷によって、メルトからレデブライト組織が生ずる。この凝固は実質的にメルトから母材への高い熱伝導性によって規定されている。したがって、凝固面は溶融境界から部材表面方向へ移動し、こうして、整列された構造からレデブライトが生ずる。さらに凝固面は欠陥を部材表面に送り出す。これらの欠陥は仕上げ加工によって取り除かれる。 In the remelt zone, a redeburite structure is generated from the melt by rapid cooling. This solidification is substantially defined by the high thermal conductivity from the melt to the matrix. Therefore, the solidified surface moves from the melt boundary toward the member surface, and thus redebrite is generated from the aligned structure. Further, the solidified surface sends defects to the member surface. These defects are removed by finishing.
再融時に生ずる歪みならびに表面リプルを補正し得るように、ゆとりが考慮され、これは再融後に、例えば弁ガイドと一緒に加工される。 Clearance is taken into account so that distortions as well as surface ripples occurring during remelting can be corrected, which are processed after remelting, for example together with a valve guide.
公知の溶融方式とは異なり、本発明による方法では材料の付加は行われず、鋳造組織のみが再融される。したがって、弁座はシリンダヘッドの鋳鉄基材で構成されている。 Unlike known melting methods, the method according to the invention does not add material and only the cast structure is remelted. Therefore, the valve seat is composed of a cast iron base material of the cylinder head.
そのため前記再融プロセスにより、弁座リングを圧入する必要なしに、耐摩耗性弁座組織が実現される。これによって径方向プレス嵌めが回避され、弁座領域の熱除去が改善されるとともに構造スペースおよび製造コストの節約が達成される。 Therefore, the remelting process realizes a wear-resistant valve seat structure without the need to press-fit the valve seat ring. This avoids radial press fit, improves heat removal in the valve seat area and achieves savings in structural space and manufacturing costs.
誘導加熱焼入れされた弁座に比較して、再融された組織は、例えば過給式エンジンの排気弁で達成されるような温度に際しても安定的である。 Compared to induction heat-hardened valve seats, the re-melted tissue is stable at temperatures as achieved, for example, in supercharged engine exhaust valves.
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
多気筒用シリンダヘッド1は軽金属、例えばアルミニウム合金または銅合金からなる外側構造体2を有し、支持構造体3を形成する鋳造体4が前記外側構造体内に埋設されている。支持構造体3はトラス状に形成されており、鋼製またはねずみ鋳鉄製である。鋳造体4は、シリンダヘッドねじ用のねじノズル5、インジェクタまたは点火プラグを収容するための挿入部材6ならびに、弁ガイド受け7を形成する。ねじノズル5はノズル軸心5aに対して垂直に形成された第1の補強材8を介して互いに連結されている。第2の補強材9は、ねじノズル5を挿入部材6と連結する。これらの第2の補強材9はノズル軸心5aおよび挿入部材軸6aに対して角度α<90°好ましくは<60°の傾斜をなして、ねじノズル5から出発して燃焼室隔壁17の方向へ挿入部材6に向かって延びている。この実施形態において、燃焼室隔壁の方向へ斜めに傾斜した第2の補強材9は弁ガイド受け10も形成する。それぞれの挿入部材6には、インジェクタねじ止め用の締付けねじ螺挿孔16aを有したねじノズル16が一体鋳造されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The
さらに、燃焼室隔壁17の領域には、それぞれのシリンダヘッドガスケットの輪郭に合わされたリング状の第3の補強材11が設けられており、この補強材によってねじノズル5は互いに連結される。
Further, in the region of the combustion
本実施形態において、鋳造体4はシリンダ20ごとに、シリンダ区画19と、燃焼室隔壁17の領域に設けられたリング状の第3の補強材11とで構成されている。シリンダ20ごとのこれら双方の鋳造品は相互嵌合され、周期的に連続して鋳造体4を形成する。さらに、シリンダヘッドの端部として、2本のねじノズル5と1つの第1の補強材8からなる、図11に図示した終端部材21が設けられている。
In the present embodiment, the cast body 4 includes a
それぞれのシリンダ区画19は少なくとも2本のねじノズル5と少なくとも3本の第1の補強材8から構成されている。さらに、シリンダ区画19は、図9から図14に図示したように、挿入部材6と第2の補強材9とを有していてよい。第1と第3の補強材8,11は、ねじノズル5が差し込まれるリング状の孔12,13を有している。ねじノズル5に孔12を嵌め込むことにより、複数のシリンダ20のシリンダ区画19も互いに連結できる。
Each
図8と図10から理解できるように、シリンダごとに、第1の補強材8はリブ8aを介して挿入部材6のねじノズル16と連結してもよい。シリンダヘッド1はできるだけ高い熱伝導性を有する材料からなる、燃焼室隔壁17面上の外側構造体2によって形成され、熱的交番負荷に起因する応力ができるだけ僅小となるように構成されている。外側構造体2の材料は、例えばアルミニウム合金または銅合金である。他方、外側構造体2内に埋設された鋳造体4は、歪みレベルをわずかなものとするために、高いヤング率を有する材料からなっている。鋳造体4はさらに、周期的なガス荷重に耐えるため、高度な疲れ強さも有していなければならない。したがって、鋳造体4の材料としては高力球状黒鉛ねずみ鋳鉄(GJS)または鋼が適している。この場合、支持構造体3はシリンダごとに予備鋳造され、ガス交換路コアと共に鋳型にセットされて鋳造される。図9から図14に図示した支持構造体4の差し込み方式は鋳型への組み込みを容易にする。
As can be understood from FIGS. 8 and 10, the first reinforcing
シリンダヘッド1のガス側は弁可傾構造を可能とするために球状窪みとして形成してもよい。外側構造体2のアルミニウム合金は高い熱伝導性を有しており、鋳造液のために回避さるべき熱処理なしで所要の組織特性を有している。したがってこれは、理想的には、内部に傷のない、できるだけ高い極限伸び率を有する、できるだけ均質な構造の低合金アルミニウムである。
The gas side of the
鋼または球状黒鉛化された鋳造体4はトラス状に形成されており、その形状はガス交換路の必要性に合わされている。弁座リングを一体に鋳造することが可能である。ねじパイプも組み込むことが可能である。さらに、インジェクタ支え補助を鋳造体4に組み込むことも可能である。 The steel or spheroidal graphitized cast body 4 is formed in a truss shape, and its shape is adapted to the need for a gas exchange path. It is possible to cast the valve seat ring integrally. Threaded pipes can also be incorporated. Furthermore, it is possible to incorporate an injector support aid into the casting 4.
外側構造体2と支持構造体3からなるコンビネーションはさまざまな箇所で生ずる極端な要件に、材料の適切な選択と、支持構造体3ないし燃焼室隔壁の適切な成形とによって実質的に対処できる。したがって、このコンビネーションは極端な負荷に耐えるのに、熱的負荷に耐えられない鋳鉄製の均一な部材または剛性と疲れ強さが十分なレベルにないアルミニウム合金製の均一な部材よりも遥かによく適している。
The combination of the outer structure 2 and the
図13と図14に示した、ピストン往復機関、例えば内燃機関用のねずみ鋳鉄製シリンダヘッド101は、燃焼室108内に開口し、ストローク弁104によって密閉可能な、ガス交換路103用の少なくとも1つのガス交換孔102を有している。ストローク弁104は密閉状態において、シリンダヘッド101自体によって形成された弁座105に接当している。弁座105は局所レーザ再融プロセスによって硬化されているが、その際、弁座105の領域の鋳造組織106は溶融温度にもたらされる。本来の再融プロセスの前に、シリンダヘッド101は、歪み傾向ならびに亀裂形成の危険を低下させるため、それぞれの材料の予熱温度(約300℃)に加熱される。急冷により、溶融ゾーンにおいてメルトからレデブライト組織が生ずる。これによって、弁座領域105に、摩耗と疲労に対して高度な耐性を有する、高硬度(500から600Hv5)と優れた延性とを有する、欠陥のない微細構造の再融層が生ずる。
The piston reciprocating engine shown in FIGS. 13 and 14, for example, a gray cast
再融時に生ずる歪みならびにリプルを補正し得るように、修正しろ107が考慮され、これは再融後に、例えば弁ガイドと一緒に加工される。 In order to be able to correct the distortions and ripples that occur during remelting, a correction margin 107 is taken into account, which is processed after remelting, for example with a valve guide.
Claims (23)
少なくとも1つの鋳造体(4)が支持構造体(3)を形成するとともにシリンダヘッドねじを収容する少なくとも1つのねじノズル(5)を形成することを特徴とするシリンダヘッド(1)。 A cylinder head for a lightweight internal combustion engine comprising at least one cast body (4) cast in the outer structure (2), wherein the outer structure (2) and the cast body (4) are made of different materials. 1)
Cylinder head (1), characterized in that at least one casting (4) forms a support structure (3) and at least one screw nozzle (5) for receiving a cylinder head screw.
前記弁座(105)の領域の鋳造組織(106)は再融プロセス、好ましくはレーザ再融プロセスによって硬化されていることを特徴とするシリンダヘッド(101)。 It has at least one hole (102) for the gas exchange path (103) that opens into the combustion chamber (108) and can be sealed by the stroke valve (104), the stroke valve (104) being sealed, A piston reciprocating engine configured to contact a valve seat (105) formed by a cylinder head (101), particularly a gray cast iron cylinder head (101) for an internal combustion engine,
Cylinder head (101) characterized in that the cast structure (106) in the region of the valve seat (105) has been hardened by a remelting process, preferably a laser remelting process.
前記弁座(105)の領域の前記鋳造組織(106)が再融されていることを特徴とするシリンダヘッド(101)の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a cylinder head according to claim 19,
The method for manufacturing a cylinder head (101), wherein the cast structure (106) in the region of the valve seat (105) is remelted.
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