DE10065888B4 - Twist correction in an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Einstellen des Drallwertes eines in einem Zylinderkopf insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eingelassenen Einlasskanals, der über eine Mündung in den Zylinderkopfboden ausläuft, dadurch gekennzeichnet, dassa) nach dem Gießvorgang des Zylinderkopfs der Ist-Drallwert des Einlasskanals ermittelt wird, wobei der Ist-Drallwert durch geometrische Vermessung des Einlasskanals ermittelt wird,b) der Differenzwert zu einem Soll-Drallwert bestimmt wird,c) anhand des Differenzwertes aus einer Fasenwerttabelle ein Fasenwert für die Mündung des Einlasskanals entnommen wird undd) entsprechend dem Fasenwert eine Fase in dem Bereich der Mündung in den Zylinderkopfboden eingearbeitet wird.Method for adjusting the swirl value of an inlet channel, which is inserted into a cylinder head, in particular a self-igniting internal combustion engine, which discharges via an opening into the cylinder head bottom, characterized in thata) after the casting operation of the cylinder head, the actual swirl value of the intake duct is determined, the actual swirl value being determined by b) determining the difference value to a target twist value, c) taking a chamfer value for the mouth of the inlet channel based on the difference value from a bevel value table, and d) corresponding to the chamfer value, a chamfer in the area of the orifice in the Cylinder head floor is incorporated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine insbesondere selbstzündende Brennkraftmaschine, wobei in den Zylinderkopf Einlasskanäle beinhaltende Gaswechselkanäle eingelassen sind, die einerseits über von Gaswechselventilen beherrschten Mündungen in den Zylinderkopfboden und andererseits in einer Zylinderkopfseitenwand und/ oder Zylinderkopfdachwand auslaufen, wobei je Zylinder zumindest ein Einlasskanal einen Drallwert aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen des Drallwertes eines in einem Zylinderkopf insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eingelassenen Einlasskanals.The invention relates to a cylinder head for a particular self-igniting internal combustion engine, wherein in the cylinder head inlet channels containing gas exchange channels are recessed, on the one hand leaking from gas exchange valves estuaries in the cylinder head floor and on the other hand in a cylinder head sidewall and / or cylinder head roof wall expire, each cylinder at least one inlet channel a twist value having. Furthermore, the invention relates to a method for adjusting the swirl value of an inlet channel embedded in a cylinder head, in particular a self-igniting internal combustion engine.

Ein derartiger Zylinderkopf ist aus der DE-PS 10 41 323 B bekannt. Gegenstand dieses Patents ist es, bei Gussstücken mit einem erhöhten Genauigkeitsanspruch an die Strömungseigenschaften eines nur formtreu eingegossenen, jedoch maschinell nicht weiter bearbeiteten Strömungshohlraumes die Fertigbearbeitung so durchzuführen, dass danach beliebige Gussstücke mit beliebigen strömungsmäßig zugehörigen Maschinenteilen derselben Modellreihe zusammengebaut werden können, ohne dass dabei eine Änderung der durch die Formgebung des Strömungshohlraumes festgelegten Strömungseigenschaften über eine geringe Toleranzstreuung hinaus auftritt oder, dass unter Einhaltung im Wesentlichen gleichbleibender Strömungseigenschaften beliebige Austauschbarkeit der fertig bearbeiteten Gussstücke erzielt wird.Such a cylinder head is from the DE-PS 10 41 323 B known. The object of this patent is to carry out the finishing of castings with an increased accuracy requirement on the flow characteristics of a flowed only form-true, but not machined flow cavity so that then any castings can be assembled with any fluidly associated machine parts of the same model, without causing a Changing the flow characteristics defined by the shape of the flow cavity beyond a low tolerance scattering occurs or that, while maintaining substantially constant flow characteristics any interchangeability of the finished castings is achieved.

Ein weiterer Zylinderkopf ist aus der DE 195 63 50 C3 bekannt. Bei dessen Einlasskanal ist am ventilkammerseitigen Ende der inneren Begrenzungswand eine durch mechanische Bearbeitung erzeugte Vertiefung angebracht. Zuvor wird der Zylinderkopf auf einem Prüfstand mit Luft durchströmt und der vorhandene Drallwert gemessen. In welchem Umfang dann in Abhängigkeit des gemessenen Drallwertes eine Bearbeitung durchgeführt wird, ist nicht angegeben.Another cylinder head is from the DE 195 63 50 C3 known. In the inlet channel, a recess produced by mechanical processing is attached to the valve chamber end of the inner boundary wall. Previously, the cylinder head is traversed on a test bed with air and measured the existing spin value. To what extent a processing is carried out depending on the measured twist value is not indicated.

Schließlich ist aus der DE 195 40 398 C1 ein Zylinderkopf bekannt, der am Zylinderkopfboden eine Anfasung je Einlasskanal aufweist, um eine Drallsteigerung zu erreichen. Irgendeine nachträgliche Bearbeitung dieser Anfasung ist nicht vorgesehen. Aus der DE 197 52 118 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Ermittlung des Drallwerts Strömungsmessungen durchgeführt werden und ein Drall-Toleranzband für den Soll-Ist-Vergleich vorliegt.Finally, out of the DE 195 40 398 C1 a cylinder head is known, which has a chamfer per inlet channel on the cylinder head floor in order to achieve a swirl increase. Any subsequent processing of this chamfering is not provided. From the DE 197 52 118 A1 a method is known in which flow measurements are carried out to determine the swirl value and a swirl tolerance band for the target-actual comparison is present.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Einstellung des Drallwertes eines in einen solchen Zylinderkopf eingelassenen Einlasskanals anzugeben, bei dem die Drallwerte der Einlasskanäle einer Zylinderreihe auf einen zumindest angenähert gleichen Wert einstellbar sind.The invention has for its object to provide a method for adjusting the swirl value of an inlet channel embedded in such a cylinder head, wherein the swirl values of the intake passages of a cylinder bank can be set to an at least approximately the same value.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Drallwert ein Toleranzband aufweisender Soll-Drallwert ist, der bei Nichterreichen durch mechanische Nacharbeit einer am Zylinderkopfboden im Bereich der Mündung angeordneten und den Drallwert mitbestimmenden Fase eingestellt wird und dass einlasskanalseitig an die Fase ein Ventilsitzring anschließt. Das entsprechende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass

  1. a) nach dem Gießvorgang des Zylinderkopfs der Ist-Drallwert des Einlasskanals durch geometrische Vermessung des Einlasskanals ermittelt wird,
  2. b) der Differenzwert zu einem Soll-Drallwert bestimmt wird,
  3. c) anhand des Differenzwertes aus einer Fasenwerttabelle ein Fasenwert für die Mündung des Einlasskanals entnommen wird und
  4. d) entsprechend dem Fasenwert eine Fase in dem Bereich der Mündung in den Zylinderkopfboden bei der mechanischen Bearbeitung des Zylinderkopfes hergestellt wird.
This object is achieved in that the twist value is a target value having a tolerance band, which is adjusted by mechanical reworking of a bevel arranged on the cylinder head bottom in the region of the orifice and which determines the swirl value and adjoins a valve seat ring on the intake side. The corresponding method is characterized in that
  1. a) after the casting operation of the cylinder head, the actual swirl value of the intake passage is determined by geometric measurement of the intake passage,
  2. b) determining the difference value to a desired twist value,
  3. c) a chamfer value for the mouth of the inlet channel is taken on the basis of the difference value from a chamfer value table, and
  4. d) according to the chamfer value, a chamfer in the region of the mouth is made in the cylinder head floor in the mechanical processing of the cylinder head.

Grundlage dieser Ausbildung bzw. dieses Verfahrens ist die geometrische Vermessung weniger Punkte eines bekannten Einlasskanals und die hieraus hergeleitete Vorhersage über den effektiven Drallwert. Eine solche Messung ist problemlos bei der ohnehin in der Serienfertigung von Zylinderköpfen erforderlichen Gussrohteilevermessung durchführbar.The basis of this training or this method is the geometric measurement of fewer points of a known inlet channel and the prediction derived therefrom on the effective spin value. Such a measurement is easily feasible in the Gussrohteilevermessung required anyway in the series production of cylinder heads.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Fasen-Wertetabelle aufgrund von einmaligen Versuchen bei einer Zylinderkopfbaureihe ermittelt bzw. erstellt.In a further embodiment of the invention, the chamfer value table is determined or created on the basis of one-time tests in a cylinder head series.

Die Fase, die dem entsprechenden Fasenwert entspricht, wird im Bereich der Mündung des Einlasskanals in den Zylinderkopfboden bei der mechanischen Bearbeitung des Zylinderkopfes hergestellt. Hierbei ist es gemäß der vorliegenden Erfindung von besonderem Vorteil, dass hierbei die Kanalgüte (Produkt von Drall- und Durchflusskennwert) des Einlasskanals in keiner Weise leidet. Dadurch ist es möglich, die bei einer Gussfertigung von Zylinderköpfen unvermeidbaren Variationen (alle funktionsrelevanten Stellen eines Zylinderkopfes werden durch mechanische Bearbeitung in enge Toleranzbänder gebracht, lediglich die Gaswechselkanäle bleiben, da nicht mechanisch nachbearbeitbar, auf der vollen Rohteiletoleranz hängen) problemlos auszugleichen.The chamfer, which corresponds to the corresponding chamfer value, is produced in the region of the mouth of the inlet channel in the cylinder head floor during the mechanical machining of the cylinder head. It is of particular advantage according to the present invention that in this case the channel quality (product of swirl and flow characteristic value) of the inlet channel does not suffer in any way. This makes it possible to do that at one Cast production of cylinder heads unavoidable variations (all functionally relevant points of a cylinder head are brought by mechanical processing in tight tolerance bands, only the gas exchange channels remain, since not mechanically nachbearbeitbar, on the full blank tolerance) easily compensate.

In dem nachfolgenden Diagramm ist von einer Anzahl Zylinderköpfen die Drallzahl bezogen zu dem jeweiligen Zylinder (bei einem 4-Zylindermotor) aufgezeigt. Hierbei ist es so, dass ein unterer Toleranzwert von 1,7 vorgegeben ist, und dieser bei einer Anzahl von Zylinderköpfen für den dritten Zylinder unterschritten wird. Diese Zylinderköpfe können folglich in diesem Zustand nicht verbaut werden und wären ohne die erfindungsgemäße Nacharbeitung als Schrott auszusortieren.

Figure DE000010065888B4_0001
In the following diagram of a number of cylinder heads, the swirl number referred to the respective cylinder (in a 4-cylinder engine) shown. Here, it is so that a lower tolerance value of 1.7 is given, and this is below a number of cylinder heads for the third cylinder. Consequently, these cylinder heads can not be installed in this state and would be sorted out as scrap without the reworking according to the invention.
Figure DE000010065888B4_0001

In dem nachfolgenden Diagramm ist die Drallzahl eines drallerzeugenden Einlasskanals über der Fasentiefe für einen Ventilsitzwinkel von 45 Grad (bei Saugmotoren) und einem Ventilsitzwinkel von 30 Grad (bei Auflademotoren) angegeben. Weiterhin ist die minimale Drallzahl von 1,7 und eine maximale Drallzahl von 2,1 angegeben. Bei einem gegebenen Ventilsitz von 30 Grad oder 45 Grad kann mit Hilfe dieser Tabelle ein Korrekturwert ermittelt werden, mit dem beispielsweise ein außerhalb des Toleranzbandes liegender Drallwert des 3. Zylinders aus dem vorherigen Bild korrigiert werden kann. Dies geschieht in der Form, dass aus der Differenz zwischen der erwarteten und der gewünschten Drallzahl eine Änderung der Fasenbearbeitung ermittelt wird. In dem dargestellten Beispiel ist dies die Tiefe der Fase, es kann aber im Rahmen der Erfindung auch der Fasenwinkel oder die Fasenexzentrizität geändert werden.

Figure DE000010065888B4_0002
The graph below shows the swirl number of a swirl-producing inlet channel above the chord depth for a valve seat angle of 45 degrees (for naturally aspirated engines) and a valve seat angle of 30 degrees (for supercharged engines). Furthermore, the minimum swirl number of 1.7 and a maximum swirl number of 2.1 is given. With a given valve seat of 30 degrees or 45 degrees, a correction value can be determined with the aid of this table, with which, for example, an out-of-tolerance twist value of the third cylinder can be corrected from the previous image. This is done in such a way that a change in bevel processing is determined from the difference between the expected and the desired swirl number. In the example shown, this is the depth of the chamfer, but in the context of the invention it is also possible to change the chamfer angle or the chamfer eccentricity.
Figure DE000010065888B4_0002

Entsprechend der Ausbildung und Anordnung der Einlasskanäle in dem Zylinderkopf, die je nach Ausbildung der entsprechenden Brennkraftmaschine unterschiedlich sind, ist die Anordnung der Fase zur Erhöhung oder Verringerung des Dralls entsprechend dem jeweiligen Brennkraftmaschinentyp zu wählen.According to the design and arrangement of the intake ports in the cylinder head, which are different depending on the design of the corresponding internal combustion engine, the arrangement of the chamfer to increase or decrease the swirl is to be selected according to the respective type of internal combustion engine.

Claims (3)

Verfahren zum Einstellen des Drallwertes eines in einem Zylinderkopf insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eingelassenen Einlasskanals, der über eine Mündung in den Zylinderkopfboden ausläuft, dadurch gekennzeichnet, dass a) nach dem Gießvorgang des Zylinderkopfs der Ist-Drallwert des Einlasskanals ermittelt wird, wobei der Ist-Drallwert durch geometrische Vermessung des Einlasskanals ermittelt wird, b) der Differenzwert zu einem Soll-Drallwert bestimmt wird, c) anhand des Differenzwertes aus einer Fasenwerttabelle ein Fasenwert für die Mündung des Einlasskanals entnommen wird und d) entsprechend dem Fasenwert eine Fase in dem Bereich der Mündung in den Zylinderkopfboden eingearbeitet wird.Method for setting the swirl value of an inlet channel embedded in a cylinder head, in particular a self-igniting internal combustion engine, which discharges via an opening into the cylinder head floor, characterized in that a) after the casting operation of the cylinder head, the actual swirl value of the intake duct is determined, the actual swirl value b) determining the difference value to a desired twist value, c) taking a chamfer value for the mouth of the inlet channel based on the difference value from a chamfer value table, and d) corresponding to the chamfer value, a chamfer in the region of the orifice is incorporated into the cylinder head floor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasen-Wertetabelle aufgrund von Versuchen erstellt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the chamfer table is created based on trials. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fase bei der mechanischen Bearbeitung des Zylinderkopfs hergestellt wird.Method according to Claim 1 and 2 , characterized in that the chamfer is produced during the mechanical machining of the cylinder head.
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