IT9022425A1

IT9022425A1 - CERAMIC COATING OF THE GAS CONDUCT CHANNEL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE HEADS

Info

Publication number: IT9022425A1
Application number: IT022425A
Authority: IT
Inventors: Eberhard Freiberg; Rolf Liebich; Hans-Jurgen Schmidt; Thomas Wolf
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1992-06-19
Also published as: IT9022425A0; IT1244196B; DD290705A5

Description

Descrizione del trovato Description of the finding

L'invenzione concerne un rivestimento ceramico del canale di conduzione del gas per testate di motori a combustione interna. Siffatti rivestimenti in forma di un corpo cavo vengono designati con il termine di "portliner". E' abituale impiegare questi rivestimenti quali anime di fonderia nella colata della testa cilindrica. The invention relates to a ceramic coating of the gas conduction channel for cylinder heads of internal combustion engines. Such coatings in the form of a hollow body are designated by the term "portliner". It is customary to use these coatings as foundry cores in the casting of the cylindrical head.

Rivestimenti ceramici di canali di conduzione del gas in forma di un corpo cavo in un sol pezzo sono già noti (brevetti statunitensi n. 3568723 e 3799772). Mediante la loro costruzione con un'anima interna ceramica ed un mantello di metallo esterno, colato direttamente attorno all'anima, viene conseguito un favorevole isolamento termico dei gas di scarico fluenti attraverso la conduttura del gas di scarico. In questo modo il livello di temperatura nella conduttura dei gas di scarico resta mantenuto ad un' altezza tale per cui è possibile un utilizzo successivo dell'energia dei gas di scarico. Sono parimenti noti rivestimenti suddivisi longitudinalmente (brevetto tedesco DD 266385). In relazione a ciò la costruzione deve compensare, mediante uno strato intermedio di elastico in corrispondenza delle superfici di attestamento, sollecitazioni, le quali si verificano in seguito a differenti coefficienti di dilatazione termica del materiale di ricolata e del rivestimento. Ceramic coatings of gas conduction channels in the form of a one-piece hollow body are already known (U.S. Patent Nos. 3568723 and 3799772). By means of their construction with a ceramic inner core and an outer metal jacket, cast directly around the core, a favorable thermal insulation of the exhaust gases flowing through the exhaust gas duct is achieved. In this way, the temperature level in the exhaust gas line remains at a height such that a subsequent use of the exhaust gas energy is possible. Longitudinally divided coatings are also known (German patent DD 266385). In relation to this, the construction must compensate, by means of an intermediate layer of elastic in correspondence with the abutting surfaces, stresses, which occur as a result of different coefficients of thermal expansion of the recollected material and of the coating.

Si incontrano difficoltà nel trovare per l'anima in ceramica un materiale adatto, il quale sia in grado di far fronte ai requisiti posti. Questo materiale oltre alla stabilità chimica rispetto ai componenti dei gas di scarico, deve sopportare la pressione del materiale di colata solidificantesi e, dall'altro lato, deve presentare una buona stabilità termica e una ottimale resistenza agli shock termici, per far fronte alle elevate temperature predominanti di durata e di punta ed alle differenze di temperatura verificantesi alla colata. A tale scopo venne presa in considerazione una pluralità di materiali ceramici. Così, per esempio, secondo i brevetti tedeschi DE-2163717 e DE-2354254 è noto impiegare miscele di ossido di silicio e ossido di alluminio, rispettivamente argilla refrattaria contenente terra grassa, mulitte, zirconio e altri e, quale aegnte legante, allumina oppure fosfato di alluminio e, secondo la domanda di brevetto tedesca DE-AS 2750290 e secondo il brevetto europeo n. 119499 titanato di alluminio. Si rileva però svantaggioso il fatto che certi materiali, come carburo di silicio ed ossido di alluminio, in seguito alla loro conducibilità termica, possiedono un effetto isolante troppo basso, mentre altri materiali, come per esempio titanato di alluminio, presentano una resistenza troppo bassa. Anche i materiali ceramici con una parte di fibre di silicati (domanda di brevetto tedesca DE-OS 2549256) non soddisfano interamente sotto questo aspetto. Difficulties are encountered in finding a suitable material for the ceramic core which is able to cope with the requirements set. This material, in addition to chemical stability with respect to the components of the exhaust gases, must withstand the pressure of the solidifying casting material and, on the other hand, must have good thermal stability and optimal resistance to thermal shock, to cope with high temperatures. predominant in duration and peak and at the temperature differences occurring at the casting. For this purpose, a plurality of ceramic materials were considered. Thus, for example, according to the German patents DE-2163717 and DE-2354254 it is known to use mixtures of silicon oxide and aluminum oxide, respectively refractory clay containing fatty earth, mulitte, zirconium and others and, as a binder, alumina or phosphate of aluminum and, according to the German patent application DE-AS 2750290 and according to the European patent n. 119499 aluminum titanate. However, the disadvantage is that certain materials, such as silicon carbide and aluminum oxide, due to their thermal conductivity, have a too low insulating effect, while other materials, such as aluminum titanate, have too low a resistance. Even ceramic materials with a part of silicate fibers (German patent application DE-OS 2549256) do not fully satisfy in this respect.

Sono parimenti noti portliner formati-da metà di lamiera di acciaio saldate (brevetto tedesco DE 2555166 e domanda di brevetto tedesco DE-OS 2323792), gli stessi possiedono però un potere di isolamento termico troppo basso. Portliners formed from welded steel sheet halves are also known (German patent DE 2555166 and German patent application DE-OS 2323792), but they have too low a thermal insulation power.

Scopo dell'invenzione è di sviluppare un rivestimento ceramico del canale di conduzione del gas tecnicamente semplice, il quale risolve i problemi tecnologici che si incontrano nel colare ad involucro attorno a corpi ceramici sulla base dei diversi coefficienti di dilatazione termica del materiale di ricolata e del rivestimento. The purpose of the invention is to develop a technically simple ceramic coating of the gas conduction channel, which solves the technological problems encountered in casing casting around ceramic bodies on the basis of the different coefficients of thermal expansion of the recoluting material and of the coating.

Alla base dell' invenzione è posto il compito di creare un rivestimento ceramico del canale di conduzione del gas, con il quale rivestimento risulta possibile, indipendentemente dalla forma del canale, rispettivamente del rivestimento, l'impiego di materiali ceramici quale materiale di rivestimento. Inoltre deve essere riconseguito un accrescimento dell'energia dei gas di scarico mediante diminuzione della perdita di calore nella testata. The invention is based on the task of creating a ceramic coating of the gas conduction channel, with which coating it is possible, regardless of the shape of the channel, or of the coating, to use ceramic materials as coating material. Furthermore, an increase in the energy of the exhaust gases must be achieved by reducing the heat loss in the cylinder head.

Secondo l'invenzione il compito viene risolto per il fatto che il rivestimento è suddiviso trasversalmente in segmenti singoli, dei quali un segmento del rivestimento si estende dalla sede della valvola sino all'estremità della curva del canale di scarico e presenta sostanzialmente una curvatura uguale. Almeno un ulteriore segmento del rivestimento si estende dalla curva del canale di scarico sino all'apertura del canale di scarico. Il segmento, ovvero segmenti, non incorporati per colata, del rivestimento sono inseriti dal lato della curva nel canale di conduzione del gas della testata con un materiale adesivo inorganico resistente alle alte temperature e vengono bloccati con l'ausilio della curva flangiata. According to the invention, the object is solved by the fact that the liner is divided transversely into individual segments, of which a liner segment extends from the valve seat to the end of the bend of the discharge channel and has substantially the same curvature. At least one further segment of the liner extends from the bend of the exhaust channel to the opening of the exhaust channel. The segment or segments, not cast-in, of the liner are inserted from the bend side into the gas conduit channel of the cylinder head with a high temperature-resistant inorganic adhesive material and are clamped with the aid of the flanged bend.

I segmenti consistono in materiali ceramici con caratteristiche uguali o disuguali e presentano però analoghi coefficienti di dilatazione termica. Le superfici di contatto dei segmenti del rivestimento sono munite di smussature contrapposte, affinchè le stesse si adattino reciprocamente con impegno geometrico. The segments consist of ceramic materials with equal or unequal characteristics and however have similar coefficients of thermal expansion. The contact surfaces of the cladding segments are provided with opposing bevels, so that they adapt to each other with geometric engagement.

II rivestimento secondo l'invenzione garantisce che il fluido mosso sia circondato da uno strato isolante che da parte sua è circondato, con impegno geometrico, da un materiale di colata ad involucro oppure, per lo meno, viene fissato nella sua posizione mediante il materiale di colata. Mediante il passaggio termico riducentesi tra il gas di lavoro e la testata viene creato il presupposto per l'isolamento termico. I carichi durante la colata vengono compensati dalla prima parte del rivestimento mediante l'esecuzione di forma sferica, rispettivamente la sezione trasversale di forma circolare del canale. Poiché le sollecitazioni durante il funzionamento del motore non intervengono più in campi critici di temperatura come nel caso della colata, ad involucro per la parte del rivestimento da inserire successivamente si può impiegare anche una sezione trasversale di forma acircolare. In tal modo risultano possibili risparmi di spazio nella testata. Esempio di esecuzione The coating according to the invention ensures that the moved fluid is surrounded by an insulating layer which for its part is surrounded, with geometric engagement, by a casing casting material or, at least, is fixed in its position by means of the casing material. casting. The prerequisite for thermal insulation is created by means of the reducing thermal transition between the working gas and the cylinder head. The loads during casting are compensated for by the first part of the lining by means of the spherical execution, respectively the circular cross section of the channel. Since the stresses during engine operation no longer occur in critical temperature ranges as in the case of casting, an acircular cross-section can also be used as a casing for the part of the coating to be inserted subsequently. As a result, space savings in the header are possible. Example of execution

La soluzione secondo l 'invenzione viene spiegata più dettagliatamente in base ad un esempio di esecuzione con relativi disegni di principio. The solution according to the invention is explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment with relative principle drawings.

Come mostra la figura 1, il portliner consiste di due segmenti ATI, titanato di alluminio, 1 e 2. Il segmento 1 si estende dalla sede della valvola sino all'estremità della curva del canale dei gas di scarico ed è colato attorno ad involucro analogamente alla colata perimetrale ad involucro di anime di sabbia. Il segmento 2, dopo il raffreddamento della testata, viene inserito nel canale di conduzione del gas dal lato della curva sino al segmento 1 e fissato per mezzo di materiale adesivo 3 resistente alle alte temperature, come illustrato in figura 2. A tale scopo le superfici di contatto dei segmenti sono munite di smussature 4 contrapposte, affinchè le stesse si adattino reciprocamente con impegno geometrico. As shown in figure 1, the portliner consists of two ATI segments, aluminum titanate, 1 and 2. Segment 1 extends from the valve seat to the end of the bend of the exhaust duct and is cast around a casing similarly. to the perimeter casing casting of sand cores. Segment 2, after cooling of the cylinder head, is inserted into the gas conduction channel from the side of the curve up to segment 1 and fixed by means of adhesive material 3 resistant to high temperatures, as shown in figure 2. For this purpose the surfaces of contact of the segments are provided with bevels 4 opposite each other, so that they adapt to each other with geometric engagement.

Mediante l'applicazione della curva del gas di scarico ha luogo un fissaggio addizionale del rivestimento nel canale di conduzione del gas. By applying the flue gas curve, an additional fastening of the liner takes place in the gas duct.

Claims

Claims 1. Ceramic lining of the gas conduction channel for cylinder heads of internal combustion engines, in the form of a hollow body, of which segments can be inserted into the cylinder head as parts of the foundry core, characterized in that the lining is divided transversely into individual segments, of which a segment (1) of the liner extends from the valve seat to the end of the bend of the exhaust duct, has substantially the same curvature and at least one further segment (2) of the liner extends from curve of the discharge channel up to the opening of the discharge channel.

Ceramic coating of the gas conduction channel according to claim 1, characterized in that the segment or segments, not cast-in, of the coating are inserted from the bend side into the gas conduction channel of the cylinder head.

Ceramic coating of the gas conduction channel according to claims 1 and 2, characterized in that the segments to be inserted are inserted into the gas conduction channel with an inorganic adhesive material (3) resistant to high temperatures.

4. Ceramic coating of the gas conduit according to claims 1 to 3, characterized in that the inserted segments are locked with the aid of a flanged bend.

5. Ceramic coating of the gas conduction channel according to claims 1 to 4, characterized in that the segments consist of ceramic materials with the same or different characteristics and have similar thermal expansion coefficients.

6. Ceramic coating of the gas conduction channel according to claims 1 to 5, characterized in that the contact surfaces of the coating segments are provided with opposing chamfers (4).