DD155539A1 - VALVE SEAT RING FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

Abstract

Waehrend das Ziel der Erfindung in der Bereitstellung eines Ventilsitzringes fuer Brennkraftmaschinen liegt, wodurch die Lebensdauer von Brennkraftmaschinen, insbesondere die der Zylinderkoepfe, erhoeht werden kann, besteht die Aufgabe darin, ohne Verwendung teuerer Werkstoffe und ohne die Herstellung oder den Einbau der Ventilsitzringe in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu komplizieren, einen Weg zu finden, wie eine Rissbildung in den Ventilsitzringen vermieden wird. Die Erfindung besteht nunmehr darin, dass die Hoehe des Sitzringes in mm kleiner oder hoechstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten, gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes ist. Dabei wird der mittlere Temperaturgradient ermittelt aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf in der Stegmitte und der Temperatur nahe am Zylinderdurchmesser. Aus dieser Differenz und dem Abstand zwischen den Messpunkten wird anschliessend der Quotient gebildet.While the aim of the invention is to provide a valve seat ring for internal combustion engines, whereby the life of internal combustion engines, especially the cylinder heads, can be increased, the object is, without using expensive materials and without the production or installation of the valve seat rings in the cylinder head an internal combustion engine to find a way how to avoid cracking in the valve seat rings. The invention now consists in that the height of the seat ring in mm is less than or at least equal to the quotient of the number "55" and the average temperature gradient, measured in K / mm, on the combustion chamber side of the cylinder head. In this case, the average temperature gradient is determined from the difference between the combustion chamber side temperatures on the cylinder head in the middle of the bridge and the temperature close to the cylinder diameter. From this difference and the distance between the measuring points, the quotient is then formed.

Description

22 626 922 626 9

-A--A-

Berlin, den 27Λ« 1981 WP F 01 L/226 269 58 585 / 27Berlin, the 27Λ «1981 WP F 01 L / 226 269 58 585/27

Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen Anwendungsgebiet der Erfindung Valve seat ring for internal combustion engines Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet wird und der Zylinderdurchmesser zwischen 80 un<ä 150 ram liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist,-The invention relates to a valve seat ring for internal combustion engines, in particular for the exhaust valves of air-compressing, direct-injection internal combustion engines, in which the cylinder head is thermally highly loaded and the cylinder diameter between 80 and <150 ram, wherein the seat ring is seen in cross-section almost rectangular -

Charakteristik 6er bekannten technischen LösungenCharacteristic 6er known technical solutions

Ventilsitzringe für Brennkraftmaschinen werden heute meist aus Spezialgußeisen mit Chrom- und Molybdänzusätzen hergestellt. Sie halten im allgemeinen den Beanspruchungen hinreichend stand. Bei luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen jedoch kommt es je nach dem Gemischbildungs~ bzw. Verbrennungsνerfahreη und nach dem Aufbau des Motors durchaus vor, daß der zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil'im Zylinderkopf verbleibende Steg brennraumseitig Temperaturen von 400 ⁰C und mehr erreicht,- Hauptsächlich ist dies der Fall, wenn eine hohe Luftwirbelintensität im Brennraum und kleine Brennraumöffnungen vorgesehen sind,Valve seat rings for internal combustion engines are today usually made of special cast iron with chromium and molybdenum additives. They generally withstand the stresses adequately. In air-compressing, direct-injection internal combustion engines, however, it is depending on the mixture educational ~ or Verbrennungsνerfahreη and after the construction of the engine thoroughly before that the remaining between the inlet valve and the Auslaßventil'im cylinder head web reaches the combustion chamber side temperatures of 400 ⁰ C or more, - Mainly this is the case if a high air turbulence intensity in the combustion chamber and small combustion chamber openings are provided,

"Bei derartigen Temperaturen kann es durchaus vorkommen, daß im Sitzring für das Auslaßventil Risse auftreten, die"At such temperatures, it may well happen that cracks occur in the seat ring for the exhaust valve, the

226269 -2- 27.4.1981226269 -2- 27.4.1981

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unter Umständen zu Motorschäden und zum Ausfall des Motors führen. Vorzugsweise bilden sich die Risse dabei im Bereich des Ventilsteges, weil dort die höchsten Temperaturen herrschen, wodurch sich infolge großer Temperaturgradienten der Zylinderkopfboden am stärksten durchbiegt» Die durch die thermische Durchbiegung hervorgerufenen Biegebeanspruchungen des Ventilsitzringes führen zusammen mit den mechanischen Beanspruchungen zu der beschriebenen Rißbildung.may cause engine damage and engine failure. The cracks preferably form in the area of the valve web, because the highest temperatures prevail there, as a result of which the cylinder head bottom deflects the most as a result of large temperature gradients. The bending stresses of the valve seat ring caused by the thermal deflection, together with the mechanical stresses, lead to the described cracking.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Ventilsitzringes für Brennkraft maschinen, wodurch die Lebensdauer der Brennkraftmaschinen, insbesondere die der Zylinderköpfe, erhöht werden kann.The aim of the invention is to provide a valve seat ring for internal combustion engines, whereby the life of the internal combustion engine, in particular the cylinder heads, can be increased.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Verwendung teuerer Werkstoffe und ohne die Herstellung oder den Einbau der Ventilsitzringe zu komplizieren, einen Weg zu finden, wie eine Rißbildung in den Ventilsitzringen vermieden wird.The invention has for its object to complicate without using expensive materials and without the production or installation of the valve seat rings to find a way as a crack in the valve seat rings is avoided.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Höhe des ^itzringes in mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten, gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes ist (h < 55/grad T in mm)_β According to the invention, the object is achieved in that the height of the index ring in mm is smaller or at most equal to the quotient of the number "55" and the average temperature gradient, measured in K / mm, on the combustion chamber side of the cylinder head (h <55 / degree T in mm) _β

Der Lösungsgedanke beruht also auf den Abbau der durch die Biegung im Ventilsitzring hervorgerufenen Zugspannungen,The solution idea is therefore based on the reduction of the tensile stresses caused by the bending in the valve seat ring,

2 2 6 2 6 9 ~³~ 27.4.19812 2 6 2 6 9 ~ ³ ~ 27.4.1981

WP P 01 L/226 269 58 585/27WP P 01 L / 226 269 58 585/27

indem die Höhe der Sitzringe verkleinert bzw. auf ein Maß begrenzt wird, bei dem die Zugspannungen vom Material noch aufgefangen werden können, ' .By reducing the height of the seat rings or limited to a level at which the tensile stresses can still be absorbed by the material, '.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der mittlere Temperaturgradient in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf in der Stegmitte T^ und der Temperatur T₂ nahe am Zylinderdurchmesser, und daß aus dieser Differenz T. =s T₂ und dem Abstand a in mm zwischen den Meßpunkten der Quotient gebildet wird (T grad a (T₁-T₂)/a in K/mm.As a development of the invention, it is proposed that the average temperature gradient in K / mm is determined from the difference between the combustion chamber side temperatures at the cylinder head in the web center T and the temperature T ₂ close to the cylinder diameter, and that from this difference T. = s T ₂ and the distance a in mm between the measuring points of the quotient is formed (T grad a (T ₁ -T ₂ ) / a in K / mm.

Auf diese Weise erhält man den tatsächlichen mittleren Temperaturgradienten, der schließlich ausschlaggebend für die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen ist,In this way one obtains the actual average temperature gradient, which is finally decisive for the considerations underlying the invention,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: eine Anordnung der Ventilsitzringe in einem Zylinderkopf von der Brennraumseite her gesehen,1 shows an arrangement of the valve seat rings in a cylinder head seen from the combustion chamber side,

Fig. 2i den Schnitt H-II nach Fig. 1,2i the section H-II of FIG. 1,

Fig. 3s den Schnitt III-III nach Fig. 1, wobei jedoch die thermische Verformung der Zylinderkopfwand angedeutet ist.Fig. 3s the section III-III of FIG. 1, but the thermal deformation of the cylinder head wall is indicated.

9 9" R 2 6 9 ~"~ 27.4.19819 9 "R 2 6 9 ~" ~ 27.4.1981

*· ^ ^υ WP F 01 L/226 269* · ^ ^Υ WP F 01 L / 226 269

58 585 / 2758 585/27

In den Pig« 1 bis 3 sind die Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine und der überwiegend aas Grauguß hergestellte Zylinderkopf dargestellt. Der Zylinder 1 weist einen Durchmesser D auf und sein Mittelpunkt vjird durch den Schnittpunkt von zwei Achsen x, y gebildete Innerhalb des Durchmessers D sind im Zylinderkopf 2 ein^ kleinerer Ventilsitzring 3 für ein nicht dargestelltes Auslaßventil und ein größerer Ventilsitzring für ein ebenfalls nicht gezeigtes Einlaßventil befestigt.In the Pig «1 to 3, the cylinder 1 of an internal combustion engine and the cylinder head produced predominantly aas cast iron are shown. The cylinder 1 has a diameter D and its center vjird formed by the intersection of two axes x, y Within the diameter D are in the cylinder head 2 a ^ smaller valve seat ring 3 for a not shown exhaust valve and a larger valve seat ring for a likewise not shown inlet valve attached.

Wie aus Fig_e 1 hervorgeht, liegen die Mittelpunkte der Ven— tilsitzringe 3» 4 auf einer Achse w, die zwar parallel, jedoch um einen Abstand e seitlich versetzt zur Achse χ verläuft. Wird der Motor während des Betriebes derart thermisch belastet, daß an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 im Bereich des Ventilsteges, das ist der Teil -zwischen den beiden Ventilsitzringen 3» 4, Temperaturen von 400 ⁰G und mehr auftreten, so biegt sich die Wand des Zylinderkopfes 2 ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, insbesondere in Richtung der Achse ζ zum Brennraum hin so weit durch, daß es zu einer Rißbildung im Bereich 5 des Ventilsitzringes 3 für das Auslaßventil kommen muß. Um dies zu vermeiden, mißt man an der brennraumseitigen Oberfläche der Wand des Zylinderkopfes 2 einmal im Punkt 6, also in der Stegmitte, die Temperatur T. und einmal im Punkt 7 nahe an der Wand des Zylinders 1 die temperatur T₂, zieht T₂ von T,, ab und teilt den Wert durch den in mm gemessenen Abstand a zwischen den beiden Punkten 6 und 7« Auf diese V/eise erhält man den mittleren Temperaturgradienten grad T in K/mm.As is apparent from Figure _e 1, the centers of the VEN 4 are tilsitzringe 3 »on an axis w, which in parallel, but laterally offset by a distance e to the axis χ runs. If the engine during operation so thermally stressed that occur at the combustion chamber side surface of the wall of the cylinder head 2 in the region of the valve web, which is the part between the two valve seat rings 3 »4, temperatures of 400 ⁰ G and more, so bends the wall of the cylinder head 2 as shown in Fig. 3, in particular in the direction of the axis ζ to the combustion chamber through so far that there must be a crack in the region 5 of the valve seat ring 3 for the exhaust valve. To avoid this, measured at the combustion chamber side surface of the wall of the cylinder head 2 once at point 6, ie in the web center, the temperature T. And once at point 7 near the wall of the cylinder 1, the temperature T ₂ , T ₂ pulls from T ,, and divides the value by the distance a measured in mm between the two points 6 and 7 ". This gives the mean temperature gradient grad T in K / mm.

Soll nun eine Rißbildung in den Ventilsitzringen 3» 4 vermieden werden, so muß deren Höhe h in mm kleiner oderIf now a crack in the valve seat rings 3 »4 are avoided, so must the height h in mm smaller or

27.4.1981 WPFOI L/226 269 58 585 / 2727.4.1981 WPFOI L / 226 269 58 585/27

höchstens gleich 55/grad T sein·not more than 55 degrees T ·

Abschließend sei noch bemerkt, daß der Abstand a auch ermittelt werden kann, indem man von dem halben Zylinderdurchmesser D/2 den Abstand e abzieht (a = D/2 - e in mm)·Finally, it should be noted that the distance a can also be determined by subtracting the distance e from the half cylinder diameter D / 2 (a = D / 2-e in mm).

Claims (1)

O O R 9 fi 9 "⁶^ 27.4-.1981 ^Ζ ^ ^D WP F 01 L/226 269 OO R 9 fi 9 " ⁶ ^ 27.4-.1981 ^Ζ ^ ^D WP F 01 L / 226 269 58 585 / 2758 585/27 Erfindungsanspruchinvention claim 1, Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen, insbesondere für die Auslaßventile von luftverdichtenden, direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen, bei denen der Zylinderkopf thermisch hoch belastet wird und der Zylinderdurchmesser zwischen 80 und 150 mm liegt, wobei der Sitzring im Querschnitt gesehen nahezu rechteckförmig ausgebildet ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Höhe (h) des Ventilsitzringes (3, 4) iti mm kleiner oder höchstens gleich dem Quotienten aus der Zahl "55" und dem mittleren Temperaturgradienten (grad T), gemessen in K/mm, an der Brennraumseite des Zylinderkopfes (2) ist (bS 55/grad T in mm).1, valve seat ring for internal combustion engines, in particular for the exhaust valves of air-compressing, direct injection internal combustion engines, in which the cylinder head is thermally highly loaded and the cylinder diameter between 80 and 150 mm, wherein the seat ring is seen in cross-section almost rectangular, characterized in that the Height (h) of the valve seat ring (3, 4) is less than or equal to the quotient of the number "55" and the average temperature gradient (degrees T), measured in K / mm, on the combustion chamber side of the cylinder head (2) bs 55 / grad T in mm). 2V Ventilsitzring nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Temperaturgradient (grad T) in K/mm ermittelt wird aus der Differenz der brennraumseitigen Temperaturen am Zylinderkopf (2) in der Stegmitte (T.) und der Temperatur (T₂) nahe am Zylinderdurchmesser (D), und daß aus dieser Differenz (T,. - T₂) und dem Abstand (a) in mm zwischen den Meßpunkten (6, 7) der Quotient gebildet wird (grad T s (T₁ - T₂)/a in K/mm),2V valve seat ring according to item 1, characterized in that the average temperature gradient (degrees T) in K / mm is determined from the difference between the combustion chamber side temperatures at the cylinder head (2) in the middle of the bar (T.) and the temperature (T ₂ ) close to Cylinder diameter (D), and that from this difference (T ,. - T ₂ ) and the distance (a) in mm between the measuring points (6, 7) of the quotient is formed (grad T s (T ₁ - T ₂ ) / a in K / mm), Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings