SE506112C2 - Förstärkt cylinderhuvud - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 506 112 2 Moderna högkvalitativa lättmetallegeringar har en väsent_ lig nackdel, de är nämligen avsevärt dyrare än traditio- nella material, varför produktionskostnaderna för moto- rerna stiger i motsvarande män.

I förbrànningsmotorer uppträder de största materialpäkän- ningarna kring cylindrarna, eftersom de termiska och mekaniska belastningsgradienterna är störst just i dessa omràden. I flerventilsmotorer accentueras hàllfas- thetsproblemen ytterligare genom att kanalerna av nöd- vändighet mäste förläggas hit, vilket reducerar den för kraftupptagning och värmeavledning tillgängliga material- volymen i det mest utsatta omradet.

UPPFINNINGENS ÅNDAr/LÅL Syftet med uppfinningen är att anvisa en lösning som ger ett hàllfasthetstekniskt bättre utnyttjande av materia- let, sà att lättmetallmaterialet avlastas i de mest utsatta områdena, sa att man med samma uttagbara motoref- fekt kan använda ett billigare legeringsmaterial eller att man kan ta ut en högre effekt vid bibehållande av ett högkvalitativt gjutmaterial.

Detta ástadkoms vid ett cylinderhuvud av det i inled- ningen definierade slaget därigenom att en lángsträckt armeringsplät i ett mekaniskt hállfastare material än lättmetallen sträcker sig,ingjuten i lättmetallen, i ett enda stycke längs med samtliga cylindrar.

Redan pä S0-talet var det visserligen känt att anordna någon form av inlägg kring varje cylinder. Ändamälet med dessa inlägg är egentligen inte att de mekaniskt skall förstärka grundmaterialet utan inläggen, som slutar direkt i cylinderrummen är enbart avsedda att uppfylla de spar, i vilka de är inlagda, för att förhindra att dessa koxar igen av de restprodukter som uppstär vid förbrän- BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 506 112 3 ningen. Det är sälunda spären och inte inläggsmaterialet som är det primära i den tidigare tekniken. De till förbränningsrummet sig sträckande spären tjänar som ex- pansionsfogar, vars främsta funktion är att förhindra propagering av sprickor, som kan uppkomma i materialet pä grund av de stora temperaturskillnader som föreligger i omradet kring cylindrarna.

Ett exempel pä en dylik konstruktion visas i DE,B, 1 001 860 där tunna plätringar är anordnade koncentriskt i omrâdet kring en cylinder. Av publikationen framgär det vidare att olika material används i detta sammanhang, säsom glimmer eller termoplaster, vilka som bekant saknar förmäga att mekaniskt förstärka materialet. Plätringarna, som i denna skrift ersätter glimmer eller termoplastin~ läggen är säledes inte heller tänkta att uppta nägra väsentliga krafter.

Ett liknande arrangemang beskrivs i den cirka 30 är yngre US,A, 4 337 735. Här har man utvecklat tekniken och utnyttjar sprickpropageringshindrande inlägg av stäl tillsammans med en oxidbeläggning för att minska sprick- bildningen. Nägon större armeringsförmàga gentemot meka- niska päkänningar har inte heller dessa stälinlägg.

Det bör även observeras att vid de kända anordningarna finns det separata, ofta minst tvä stycken, inlägg för varje cylinder. Detta innebär problem vid gjutningen av cylinderhuvudet med inläggens inriktning och fixering i bestämda lägen. Dessa problem accentueras ytterligare vid flercylindriga cylinderhuvuden. Arbetet med inläggningen och fastsättningen av inläggen tar tid och kräver stor noggrannhet med ätföljande kostnader i släptäg. I värsta fall kan det inträffa att nägot inlägg undgär att läggas in, speciellt vid en flercylindrig motor, vilket leder till en väsentlig nedsättning av hällfastheten.

BNSDOCID: 10 15 20 25 30 35 506 112 4 Genom att enligt uppfinningen armeringen bestàr av ett enda stycke för samtliga cylindrar i ett flercylindrigt cylinderhuvud undviks detta problem.

I en speciellt föredragen utföringsform är den läng- sträckta armeringspläten försedd med tvärgäende armar som sträcker sig mellan ventilkanalerna. Pá sä sätt erhàlls en ytterligare förstärkning av de mest pàkända ställena.

För att förbättra förankringen i lättmetallmaterialet innefattar armeringen breddade förankringspartier.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Närmare redogörelse för ett konkret utföringsexempel följer härefter med hänvisning till bifogade ritningar, där: Fig. 1 i perspektiv visar en ände pä ett cylinderhuvud till en flercylindrig motor, Fig. 2 visar ett axialsnitt genom det i fig. 1 visade cylinderhuvudet.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt i nàgot större skala genom det i fig. 2 visade cylinderhuvudet.

Fig. 4 visar en vy ovanifràn, där för äskàdlighetens skull endast ventilkanalmynningarna och armeringen enligt uppfinningen är inritade.

Fig. 5 visar i förenklad form en alternativ utföringsform av ventilkanalmynningarna och armeringen i figur 4.

DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRINGSEXEMPEL Fig. 1 visar schematiskt ändpartiet av ett cylinderhuvud BNSDOCID: 506 112 5 1, i vilket fyra förbränningsrum 2a, 2b, 2c, 2d kan seg, I varje förbränningsrum 2a mynnar fyra stycken ventil- kanaler 3a, 4a, Sa, Sa, där för tydlighetens skull endast den ena cylindern försetts med hänvisningsbeteckningar. 5 De övriga förbränningsrummen i cylinderhuvudet är kon- struerade pà sama sätt och avhandlas därför inte närma- re. Tvä av kanalerna är inloppskanaler medan de andra tvä är avgaskanaler. Som bäst framgår av fig. 4 är kanalmyn- ningarna väsentligen symmetriskt anordnade som ett fyrkl- 10 överblad kring centrumaxeln. Mitt i respektive förbrän- ningsrum 2a, 2b, 2c, 2d finns en öppning 5 för en tända- nordning. I cylinderhuvud 1 finns vidare pä traditionellt sätt ej närmare betecknade kylkanaler, anslutningar för grenrör, styrningar för ventiler, kamaxellagringar etc. 15 , En längsträckt och relativt smal armeringsplát 6 sträcker sig med hänvisning till fig. 2 längs med samtliga cylind- rar 2a, 2b, 2c, 2d och följer ingjuten pä nägon centime- ters djup förbränningsrumens kontur. Armeringsplàten 6 20 har säsom framgär av fig. 2 en vàgformad kontur. Som bäst kan ses i fig. 4 sträcker sig armeringsplàten 6 sig som ett smalt vágformat band mellan förbränningsrummens cen- trumaxlar. För att förbättra armeringsplätens 6 föran- kring i lättlegeringsmaterialet innefattar den ytför- 25 storade eller breddade partier 7 pa ömse sidor om varje ventilkanalgrupp. För varje cylinder finns en tvärarm 8 som är fast förbunden, t ex genom nitning eller punkt- svetsning med den längsträckta armeringen 6. Den läng- sträckta armeringen 6 och tvärarmarna 8 kan även vara 30 framställda i ett enda stycke. Tvärarmarna 8 utgär frän omradet för förbränningsrummens centrumaxlar och sträcker sig korsformigt vinkelrätt ut frán armeringspláten 6 pä ömse sidor om denna (fig. 4). Mittpartiet 9 pä tvärarmar- na 8 är förstorad för att förbättra förstärkningseffekten 35 i centrumomràdet. Mittpartiet 9 är även utformat med ett genomgående häl för en tändanordning. Hälet visas emel- lertid inte i figuren. Vidare innefattar tvärarmarna 8 ßNsoocao 10 15 20 25 30 35 506 112 6 precis som armeringspläten 6 ytförstorade eller breddade partier 10 för att förbättra förankringen i grundmateria- let.

Såsom framgår av fig. 3 följer också tvärarmarna 8 cylin- derhuvudets kontur och sträcker sig som ett utbrett V i ett snitt vinkelrätt mot cylinderhuvudets 1 mittaxel mellan kanalerna. Längs med varje ventilkanalöppning finns det således en armeringsdel samtidigt som området kring cylinderns centrumaxel innehåller ett större arme- ringsparti 9. Armeringskonstruktionen enligt uppfinningen medger sålunda att de svagaste partierna får en effektiv förstärkning samtidigt som monteringen och infàstningen av armeringen i gjutformen blir ytterst enkel genom att konstruktionen är gjord i ett enda stycke.

Materialet i armeringen är naturligtvis starkare än den lättmetallegering som cylinderhuvudet l gjuts av. Lämp- ligtvis är armeringen gjord av stålplåt men också andra material kan givetvis komma ifråga.

För att förbättra vidhäftningen mellan den ingjutna armeringen och basmaterialet, kan armeringen skyddas med en smältbar beläggning med lägre smältpunkt än làttmetal- legeringen. Den skyddande legeringen smälter därvid bort under gjutförloppet och lämnar en oxidfri yta.

UTFÖRINGSÛARIANTER AV UPFINNINGEN Det torde vara uppenbart för fackmannen att armeringen enligt uppfinningen kan modifieras på olika sätt inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan armeringen in- nefatta ytterligare breddade partier eller kan den vara försedd med utspràng, häl eller flänsar för att förbättra förankringen i basmaterialet. Vidare kan den ha en annan form än den som visas på ritningarna som ett smalt band med rektangulàrt tvärsnitt. Man kan exempelvis tänka sig BNSDOCID' 506 112 7 ett ovalt eller cirkulàrt tvärsnitt. Det kan vidare finnas ytterligare tvärarmar anordnade mellan ventilka- nalgrupperna etc. 5 Kanalmynningarna Ba, 4a, Sa och 6a är som sagt väsent- ligen symmetriskt anordnade som ett fyrkloverblad kring centrumaxeln. Av figur 4 framgär en placeringsvariant av kanalmynningarna. Det är givetvis möjligt att placera kanalmynningarna pà annat sätt, tex säsom visas i figur 5 10 utan att frängá fyrklöverplaceríngen. Av figur 5 framgår att armeringselementet, pà sama sätt som i figur 4, sträcker sig mellan tva med respektive cylinderrum 2a, 2b, 2c och 2d samverkande ventilpar och att de tvàrgäende armarna 8 sträcker sig ut frän centrumaxelomrädet mellan 15 ventilkanalóppningarna.

BNSDOCID

Claims (5)

10 15 20 25 30 35 506 112 PATENTKRAV

1. l. Flercylindrigt cylinderhuvud (l) av làttmetall, såsom aluminium och aluminiumlegering till en fórbrànnings- motor, kännetecknat av att ett làngstràckt armeringsele- ment (6) av ett mekaniskt hállfastare material an namnda làttmetall sträcker sig. ingjuten i lattmecallen, i et: stycke längs med samtliga cylindrar (2a, 2b, 2c, 2d).

2. Cylinderhuvud enligt krav 1, kännetecknat av att armeringselementet (6) utgörs av en làngstráckt relativt smal stàlplàt.

3. Cylinderhuvud enligt krav 1 eller 2, kânnetecknat av att armeringselementet (6) uppvisar breddade eller ytfór- storade forankringspartier (7).

4. Cylinderhuvud enligt krav l-3, kännetecknat av att armeringselementet (6) ar försett med tvàrgáende armar (8).

5. Cylinderhuvud enligt patentkrav 4, kännetecknat av de tvárgaende armarna sträcker sig väsentligen vinkelrätt mot armeringselementets (6) làngdriktning. 6_ Cylinderhuvud enligt krav 4, innefattande fyra väsent- ligen symmetriskt kring varje förbrànningsrums (2a, 2b. 2c, 2d) centrumaxel anordnade ventilkanaler (3a, 4a, Sa, 6a), kånnetecknat av att armeringselementet (6) sträcker sig mellan tva med respektive cylinderrum (2a, 2b, 2c. 2d) samverkande ventilpar och att de tvàrgàende armarna (8) sträcker sig ut frán centrumaxelomràdet mellan ven- tilkanaloppningarna. 7_ Cylinderhuvud enligt krav 4 eller 5, kännetecknat av att de tvargáende armarna (8) innefattar breddade eller förstorade íorankringspartier (10). BNSDOCID: