DE69101210T2

DE69101210T2 - Cylinder head of an internal combustion engine with cast-in metal insert.

Info

Publication number: DE69101210T2
Application number: DE1991601210
Authority: DE
Inventors: Christian Chapelle
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1990-10-30
Filing date: 1991-10-18
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2011-10-19
Also published as: EP0484197A1; DE69101210D1; FR2668403B1; EP0484197B1; FR2668403A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, der in den Bereichen, die starken Temperaturgefällen ausgesetzt sind, insbesondere zwischen zwei Ventilsitzen, mit einem eingegossenem Metalleinsatz ausgestattet ist.The invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine which is equipped with a cast-in metal insert in the areas exposed to strong temperature gradients, in particular between two valve seats.

Um die Bildung von hitzebedingten Rissen zu vermeiden, werden heute üblicherweise in den Zylinderköpfen von Dieselmotoren Buckelblecheinsätze verwendet, die vor dem Gießen in Sand gebettet werden und die nach der Bearbeitung der Flächen der Ventilsitze zwei getrennte Bögen bilden, die diese Flächen in den empfindlichsten Bereichen miteinander verbinden.In order to avoid the formation of heat-induced cracks, the cylinder heads of diesel engines now commonly use bossed plate inserts which are embedded in sand before casting and which, after machining the surfaces of the valve seats, form two separate arches which connect these surfaces together in the most sensitive areas.

Diese Einsätze sind im allgemeinen Umdrehungseinsätze mit einem zylindrischen Teil, dessen eines Ende, das im Zylinderkopf von der heißen Oberfläche abgewandt angeordnet ist, einen umgeschlagenen Bund aufweist, der die Konzentration der Beanspruchungen verhindern soll. Diese Abt Einsatz hat den Nachteil, daß er manchmal durch das Werkzeug zur Bearbeitung der Flächen der Ventilsitze in Drehbewegung versetzt wird, wodurch sich ein beträchtlicher Ausschuß an Zylinderköpfen ergibt, der die Herstellungskosten beträchtlich erhöht.These inserts are generally rotary inserts with a cylindrical part, one end of which, located in the cylinder head away from the hot surface, has a folded-over collar designed to prevent the concentration of stresses. This insert has the disadvantage that it is sometimes set in rotation by the tool used to machine the valve seat surfaces, which results in a considerable amount of cylinder head waste and considerably increases the manufacturing costs.

Die Schrift DE-A-150893? beschreibt einen rohrförmigen Einsatz mit gleichbleibendem ellyptischem Querschnitt, der in die Wandung eines Rohrs eingegossen wird. Dieser Einsatz dient dazu, die Wärmedehnung in einem Teil des Rohrs zu verändern.The document DE-A-150893? describes a tubular insert with a constant elliptical cross-section that is cast into the wall of a pipe. This insert serves to change the thermal expansion in a part of the pipe.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteil zu beseitigen und dabei eine gute Verteilung der in Betrieb auftretenden Beanspruchungen zu gewährleisten.The invention aims to eliminate this disadvantage and at the same time to ensure a good distribution of the stresses occurring during operation.

Hierzu ist ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf mit einem solchen Einsatz ausgestattet, der einen umgeschlagenen, kreisförmigen Bund aufweist und dadurch gekenzeichnet ist, daß der Körper des Einsatzes, der in dem heißen Bereich des Zylinderkopfs angeordnet ist, ein Zylinder mit ellyptischem Querschnitt ist, der sich in seinem Verlauf an den kreisförmigen Bund anschließt.For this purpose, a cylinder head according to the invention is equipped with such an insert, which has a folded-over, circular collar and is characterized in that the body of the insert, which is arranged in the hot area of the cylinder head, is a cylinder with an elliptical cross-section, which adjoins the circular collar in its course.

Vorzugsweise befindet sich der Funktionsbereich des ellyptischen Körpers des Einsatzes in der Nähe der kleinen Achse der Ellypse, wobei der Einsatz dergestalt eingegossen wird, daß die große Achse der Ellypse auf der Geraden ausgerichtet ist, die die Mittelpunkte der Ventilsitzflächen miteinander verbindet, zwischen denen der Einsatz eine doppelte Verbindung herstellen soll.Preferably, the functional area of the elliptical body of the insert is located near the minor axis of the ellipse, the insert being cast in such a way that the major axis of the ellipse is aligned with the straight line connecting the centers of the valve seat surfaces between which the insert is intended to establish a double connection.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Verbindungsradius von ellyptischem Körper und kreisförmigem Bund über die gesamte Umfangslinie des letzteren gleichbleibend.According to a further feature of the invention, the connecting radius of the elliptical body and the circular collar is constant over the entire circumference of the latter.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Umbiegewinkel des abfallenden Randes, der den Bund bildet, größer als 90º. Schließlich werden die Kanten des Bundrandes abgerundet.According to a further feature of the invention, the bending angle of the sloping edge forming the waistband is greater than 90º. Finally, the edges of the waistband edge are rounded.

Weitere Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels hervor, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt wird, wobeiFurther features will become apparent from the following description of a non-limiting embodiment shown in the accompanying drawings, in which

Fig. 1 eine bundseitige Ansicht des Einsatzes in Projektion parallel zu seiner Symmetrieachse zeigt,Fig. 1 shows a view of the insert from the collar in projection parallel to its axis of symmetry,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Einsatzes in der Ebene II-II zeigt, die durch die kleine Achse der Ellypse verläuft,Fig. 2 shows a sectional view of the insert in plane II-II passing through the minor axis of the ellipse,

Fig. 3 ein vergößertes Detail des Querschnitts des Bundes im Funktionsbereich zeigt,Fig. 3 shows an enlarged detail of the cross-section of the federal government in the functional area,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Einsatzes in der Ebene IV-IV zeigt, die durch die große Achse der Ellypse verläuft,Fig. 4 shows a sectional view of the insert in plane IV-IV passing through the major axis of the ellipse,

Fig. 5 schematisch die Anordnung des Einsatzes vor dem Gießen zeigt,Fig. 5 shows schematically the arrangement of the insert before casting,

Fig. 6 den Bereich des Zylinderkopfs zeigt, in dem der Einsatz nach der Bearbeitung der Ventilsitzflächen angeordnet wird,Fig. 6 shows the area of the cylinder head in which the insert is placed after machining the valve seat surfaces,

Fig. 7 in einem Schnitt in der Ebene VII-VII von Fig. 6 den im Zylinderkopf eingebetteten Einsatz zeigt.Fig. 7 shows the insert embedded in the cylinder head in a section in the plane VII-VII of Fig. 6.

Wie aus den Figuren 1 bis 4 ersichtlich ist, weist der Einsatz 1 aus Buckelblech eine Symmetrieachse auf, die durch zwei Symmetrieebenen II-II und IV-IV festgelegt ist.As can be seen from Figures 1 to 4, the insert 1 made of bossed sheet metal has an axis of symmetry which is defined by two planes of symmetry II-II and IV-IV.

Der Körper 2 des Einsatzes ist ein Zylinder mit ellyptischem Querschnitt. Die kleine Achse der Basisellypse befindet sich in der Ebene II-II und die große Achse in der Ebene IV-IV.The body 2 of the insert is a cylinder with an elliptical cross-section. The minor axis of the base ellipse is in the II-II plane and the major axis in the IV-IV plane.

Der Körper 2 ist mit einem kreisförmigen Bund 3 verbunden, der durch einen gehämmerten Kragen oder abfallenden Rand gebildet wird. Der Verbindungsradius R von abfallendem Rand und ellyptischem Körper ist über die gesamte Umfangslinie gleichbleibend.The body 2 is connected to a circular collar 3, which is formed by a hammered collar or sloping edge. The connecting radius R of the sloping edge and the elliptical body is constant over the entire circumference.

Der Funktionsbereich ist symmetrisch auf beiden Seiten der kleinen Achse der Ellypse verteilt.The functional area is distributed symmetrically on both sides of the minor axis of the ellipse.

Im Bereich Z ist der Umbiegewinkel α des abfallenden Randes größer als 90º, und die scharfen Kanten werden abgerundet. Diese Vorsichtsmaßnahmen sind wichtig, um eine Konzentration der Beanspruchungen zu verhindern.In the Z area, the bending angle α of the sloping edge is greater than 90º and the sharp edges are rounded. These precautions are important to prevent a concentration of stresses.

Vor dem Gießen des Zylinderkopfs (Fig. 5) wird der Einsatz 1 teilweise in die Sandformkerne 4, 5 gebettet, die dazu bestimmt sind, die Zufuhr- und Auslaßleitungen auszuführen, wobei die große Ellypsenachse des Körpers 2 auf die Achse positioniert wird, die die Mittelpunkte dieser Leitungen verbindet.Before casting the cylinder head (Fig. 5), the insert 1 is partially embedded in the sand mold cores 4, 5 intended to make the supply and exhaust lines, positioning the major elliptical axis of the body 2 on the axis connecting the centers of these lines.

Bei der Bearbeitung der Flächen der Ventilsitze 6, 7 (Fig. 6) werden die Teile des Einsatzes außerhalb des Funktionsbereichs Z durch das Werkzeug abgehoben, und aufgrund der Ellypsenforin des Einsatzes, die sich an den kreisförmigen abfallenden Rand anschließt, wird vermieden, daß dieser in Drehbewegung mitgenommen wird.When machining the surfaces of the valve seats 6, 7 (Fig. 6), the parts of the insert outside the functional area Z are lifted off by the tool, and due to the The elliptical shape of the insert, which adjoins the circular sloping edge, prevents it from being carried along in a rotary movement.

Bei Betrieb ermöglicht es der große Radius das abfallenden Randes, der den Bund 3 bildet, der sich mit einem Stulpwinkel von mehr als 90º anschließt, die Estremeinwirkungen zu vermeiden, die für die Haltbarkeit des Zylinderkopfs nachteilige Beanspruchungen zur Folge hätten.During operation, the large radius of the sloping edge forming the collar 3, which is connected with a face angle of more than 90º, makes it possible to avoid extreme effects which would have a detrimental effect on the durability of the cylinder head.

Der abfallende Rand 3 wird in das Metall des Zylinderkopfs 8 abgewandt von der Seite 9, die den heißen Gasen von der Verbrennungskammer ausgesetzt ist, eingebettet.The sloping edge 3 is embedded in the metal of the cylinder head 8 facing away from the side 9 exposed to the hot gases from the combustion chamber.

Claims

1. Cylinder head of an internal combustion engine with cast-in metal insert, consisting of a circular, folded-over collar which, after machining the surfaces of the valve seats, forms two separate arches connecting these surfaces to one another,

characterized in that the body (2) of the insert (1) arranged in the hot area of the cylinder head is a cylinder with an elliptical cross-section, which adjoins the circular collar (3) in its course.

2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the functional area (Z) of the elliptical body of the insert is located near the small axis of the ellipse, the insert being cast in such a way that the large axis of the ellipse is aligned on the straight line that connects the centers of the surfaces of the valve seats 6, 7, between which the insert is intended to create a double connection.

3. Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting radius (R) of the elliptical body (2) and the circular collar (3) is constant over the entire circumferential line of the latter.

4. Cylinder head according to one of the preceding claims, characterized in that the bending angle of the sloping edge forming the collar is greater than 90º.

5. Cylinder head according to claim 4, characterized in that the edges of the collar edge are rounded.