EP0146731A2 - Hohler, rohrartiger Keramikkörper - Google Patents

Hohler, rohrartiger Keramikkörper Download PDF

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EP0146731A2 EP84113210A EP84113210A EP0146731A2 EP 0146731 A2 EP0146731 A2 EP 0146731A2 EP 84113210 A EP84113210 A EP 84113210A EP 84113210 A EP84113210 A EP 84113210A EP 0146731 A2 EP0146731 A2 EP 0146731A2
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    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides

Definitions

  • the invention relates to a hollow, tubular ceramic body for gas-carrying channels, preferably exhaust channels in a cylinder head of an internal combustion engine.
  • Ceramic bodies of the type mentioned at the outset are cast into a cylinder head made, for example, of an aluminum alloy.
  • this ceramic body is subjected to relatively high loads - casting, shrinking, solidification pressures - which require a rigid cross-sectional shape - circular, oval.
  • Such a cross-sectional shape can hardly be realized over the entire length of, for example, a hot gas-carrying channel of the cylinder head, because the channel is constricted locally in the area of a bore for a valve guide (DE-AS 27 50 290).
  • Such a constriction must be compensated for by the cross-sectional design of the channel in order to avoid a reduction in cross-section that would impair the gas flow.
  • the object of the invention is therefore to take such precautions on a tubular, hollow ceramic body that on the one hand it can be adapted to the structural conditions in a channel and on the other hand withstands the loads occurring during casting.
  • the ceramic body has such a strength that it withstands the stresses that occur when casting with the cylinder head.
  • Zirconium oxide is suitable as the material for the thickening, the entire outer surface of the ceramic body also being coated with this zirconium oxide, for example applied by plasma spraying.
  • This coating which has a roughened surface, ensures good pouring behavior of the ceramic body, and it also supports its thermal insulation with respect to the cylinder head. If the ceramic body has two pipe sections which merge into a single piece of pipe - pants shape - and if the thickening is provided as a support between the pipe sections, it is ensured that this ceramic body can withstand the pressures that occur when the cylinder head is cast without damage.
  • a hollow, tubular ceramic body 1 (Tialit ceramic) is shown, which is inserted into an outlet channel 2, that is, a hot gas-carrying channel of a cylinder head 3 shown only in regions and made of a cast aluminum alloy.
  • the ceramic body 1 has an essentially constant wall thickness, which is produced by the manufacturing process.
  • the cylinder head 3 has a vertical bore 4, which is provided with a sleeve-like extension 5 projecting into the exhaust port 2.
  • a guide device 6 for a valve 7, which controls the gas flow in the ceramic body 1, is pressed into the bore 4.
  • the ceramic body 1 In the region of the bore 4 or adjacent to it, the ceramic body 1 has a constriction 8, which results from the connection of the ceramic body to the bore 4 or the extension 5 and its flow-optimized cross-sectional shape.
  • the constriction 8 is filled with a thickening 9 for reasons of strength, the outside 10 of which is raised or convex.
  • the thickening 9 is adapted outside the constriction 8 at B and C to the shape of the ceramic body 1.
  • the ceramic body 1 has a convex shape in the region of the thickening 9, which is similar to the design of the ceramic body 1 on the opposite side 11.
  • the thickening 9 consists of the material zirconium oxide, which is applied by plasma spraying; the ceramic body 1 is provided on the outside with a coating 12 made of said material.
  • a ceramic body 13 has two mutually spaced pipe sections 14, 15, which merge at 16 into a single piece of pipe 17 (pants shape). Both pipe sections 14, 15 run within outlet channels of a cylinder, not shown, i. that is, there are two exhaust valves per ZyLinder. So that the forces occurring during casting at D and E on the ceramic body 13 do not cause any damaging moments, a thickening 18 is provided between the pipe sections 14, 15, which performs a supporting function. According to FIG. 5, the thickening 18 fills the space between the pipe sections 14, 15, the borders 19, 20 of the thickening also being raised and passing into the shape of the pipe sections 14, 15. The thickening extends over the height and the length of the pipe sections 14, 15.

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Abstract

Dieser Keramikkörper wird in gasführende Kanäle, vorzugsweise Auslaßkanäle eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine eingesetzt.
Zur Festigkeitsoptimierung des Keramikkörpers ist an seiner äußeren Oberfläche wenigstens eine Verdickung vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen hohlen, rohrartigen Keramikkörper für gasführende Kanäle, vorzugsweise Auslaßkanäle in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine.
  • Keramikkörper der eingangs genannten Gattung werden in einen beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinderkopf eingegossen. Beim Gießen wirken auf diesen Keramikkörper relativ hohe Belastungen - Gieß-, Schrumpf-, Erstarrungsdrücke -, die eine steife Querschnittsform - kreisrund, oval - erfordern. Eine solche Querschnittsform läßt sich schwerlich über die gesamte Länge eines beispielsweise heißgasführenden Kanals des Zylinderkopfs realisieren, weil im Bereich einer Bohrung für eine Ventilführung der Kanal örtlich eingeschnürt ist (DE-AS 27 50 290). Eine derartige Einschnürung ist durch Querschnittsgestaltung des Kanals auszugleichen, um eine Querschnittsverkleinerung, die den Gasdurchstrom beeinträchtigen würde, zu vermeiden.
  • Versuche haben gezeigt, daß ein in diesem Sinne gestalteter, d. h., eine örtliche Einschnürung aufweisender Keramikkörper den beim Gießen auftretenden Belastungen nicht standhält.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, an einem rohrartigen, hohlartigen Keramikkörper solche Vorkehrungen zu treffen, daß er einerseits an die konstruktiven Gegebenheiten in einem Kanal anpaßbar ist und andererseits den beim Gießen auftretenden Belastungen standhält.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den folgenden Ansprüchen enthalten.
  • Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die aus druckfestem Werkstoff bestehende Verdickung, die die Einschnürung ausfüllt, der Keramikkörper eine solche Festigkeit aüfweist, daß er den beim Vergießen mit dem Zylinderkopf auftretenden Beanspruchungen gut standhält.
  • Als Werkstoff für die Verdickung eignet sich Zirkonoxid, wobei mit diesem, beispielsweise durch Plasmaspritzen aufgebrachten Zirkonoxid auch die gesamte äußere Oberfläche des Keramikkörpers beschichtet ist. Diese, eine aufgerauhte Oberfläche aufweisende Beschichtung gewährleistet ein gutes Eingießverhalten des Keramikkörpers, und sie unterstützt auch seine Wärmeisolation gegenüber dem Zylinderkopf. Weist der Keramikkörper zwei Rohrabschnitte auf, die in ein einziges Rohrstück übergehen - Hosenform -, und ist zwischen den Rohrabschnitten die Verdickung als Abstützung vorgesehen, so ist sichergestellt, daß auch dieser Keramikkörper die beim Gießen des Zylinderkopfs auftretende Drücke ohne Beschädigung aushält.
  • In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die nachstehend näher beschrieben sind.
  • Es zeigt
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Keramikkörper nach der Erfindung,
    • Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
    • Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Keramikkörpers gemäß der Erfindung,
    • Fig. 4 eine Ansicht in Pfeilrichtung A der Fig. 3,
    • Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 3.
  • In Fig. 1 ist ein hohler, rohrartiger Keramikkörper 1 (Tialit Keramik) dargestellt, der in einen Auslaßkanal 2, also einen heißgasführenden Kanal eines nur bereichsweise dargestellten, aus einer Aluminiumguß-Legierung bestehenden Zylinderkopf 3 eingesetzt ist. Der Keramikkörper 1 weist eine im wesentlichen konstante Wandstärke auf, die durch das Herstellungsverfahren entsteht.
  • Der Zylinderkopf 3 besitzt eine vertikale Bohrung 4, die mit einer büchsenartigen, in den Auslaßkanal 2 hineinragenden Erweiterung 5 versehen ist. In die Bohrung 4 eingepreßt ist eine Führungsvorrichtung 6 für ein Ventil 7, daß die Gasdurchströmung im Keramikkörper 1 steuert.
  • Im Bereich der Bohrung 4 bzw. benachbart von dieser weist der Keramikkörper 1 eine Einschnürung 8 auf, die sich aufgrund des Anschlusses des Keramikkörpers an die Bohrung 4 bzw. die Erweiterung 5 und seiner strömungsoptimierten Querschnittsform ergibt.
  • Die Einschnürung 8 ist aus Festigkeitsgründen mit einer Verdickung 9 ausgefüllt, deren Außenseite 10 erhaben bzw. konvex ist. Die Verdickung 9 ist außerhalb der Einschnürung 8 bei B und C an den Formverlauf des Keramikkörpers 1 angepaßt. Durch diese Ausbildung weist der Keramikkörper 1 im Bereich der Verdickung 9 eine konvexe Form auf, die der Ausbildung des Keramikkörpers 1 auf der gegenüberliegenden Seite 11 ähnlich ist.
  • Die Verdickung 9 besteht aus dem Werkstoff Zirkonoxid, das durch Plasmaspritzen aufgebracht ist; der Keramikkörper 1 ist an der Außenseite mit einer Beschichtung 12 aus besagtem Werkstoff versehen.
  • Gemäß den Fig. 3, 4 und 5 weist ein Keramikkörper 13 zwei mit Abstand zueinander verlaufende Rohrabschnitte 14, 15 auf, die bei 16 in ein einziges Rohrstück 17 (Hosenform) übergehen. Beide Rohrabschnitte 14, 15 verlaufen innerhalb von nicht gezeigten Auslaßkanälen eines Zylinders, d. h., pro ZyLinder sind zwei Auslaßventile vorgesehen. Damit die beim Gießen bei D und E auftretenden Kräfte an dem Keramikkörper 13 keine ihn beschädigende Momente verursachen, ist zwischen den Rohrabschnitten 14, 15 eine Verdickung 18 vorgesehen, die eine Stützfunktion ausübt. Die Verdickung 18 füllt nach Fig. 5 den Raum zwischen den Rohrabschnitten 14, 15 aus, wobei Begrenzungen 19, 20 der Verdickung ebenfalls erhaben ausgeführt sind und in den Formverlauf der Rohrabschnitte 14, 15 übergehen. Die Verdickung erstreckt sich über die Höhe und die Länge der Rohrabschnitte 14, 15.
  • Es ist aber auch denkbar, eine Verdickung 21 lediglich als örtliche Abstützung zwischen den Rohrabschnitten 14, 15 vorzusehen, was in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt ist.

Claims (9)

  1. -1. Hohler, rohrartiger Keramikkörper für gasführende Kanäle, vorzugsweise Auslaßkanäle in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festigkeitsoptimierung des Keramikkörpers (1) an seiner äußeren Oberfläche wenigstens eine druckfeste Verdickung (9, 18, 21) vorgesehen ist.
  2. 2. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.die Oberfläche des Keramikkörpers (1) örtlich mit einer Einschnürung (8) versehen ist, und daß die Verdickung (9) diese Einschnürung (8) ausfüllt.
  3. 3. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Verdickung (9, 18) erhaben ausgeführt ist.
  4. 4. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Verdickung (9) außerhalb der Einschnürung (8) (bei B und C) an den Formverlauf des Keramikkörpers (1) angepaßt ist.
  5. 5. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (9, 18, 21) aus Zirkonoxid besteht.
  6. 6. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte äußere Oberfläche des Keramikkörpers (1, 13) mit Zirkonoxid beschichtet ist.
  7. 7. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (13) zumindest zwei getrennt verlaufende Rohrabschnitte (14, 15) aufweist, die in ein einziges Rohrstück (17) übergehen, wobei zwischen den Rohrabschnitten (14, 15) die Verdickung (18, 21) als Abstützung vorgesehen ist.
  8. 8. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verdickung über die Höhe und Länge der Rohrabschnitte (14, 15) erstreckt.
  9. 9. Hohler, rohrartiger Keramikkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickung (21) lediglich örtlich vorgesehen ist.
EP84113210A 1983-12-22 1984-11-02 Hohler, rohrartiger Keramikkörper Expired EP0146731B1 (de)

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