DE2922058A1

DE2922058A1 - Verfahren zum bilden einer wirbel- einlasskammer im zylinderkopf einer brennkraftmaschine mit innerer verbrennung und hin- und hergehenden kolben sowie zylinderkopf

Info

Publication number: DE2922058A1
Application number: DE19792922058
Authority: DE
Inventors: Nigel Frederick Cowper Gale
Original assignee: Ricardo Consulting Engineers Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1979-12-06
Also published as: FR2427478B1; IT1117766B; US4366787A; SE439340B; NL7904268A; ES247199Y; FR2427478A1; IT7949209A0; JPS54156915A; DE2922058C2; ES481077A1; SE455804B; GB1600888A; NL179754C; NL179754B; SE8500526D0; JPS6225861B2; SE7904771L; ES247199U; SE8500526L

Description

Verfahren zum Bilden einer Wirbel-Einlasskammer im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben sowie Zylinderkopf. - ;

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben und betrifft ein Verfahren zum Bilden von Einlasskammern in .den Zylinderköpfen solcher Brennkraftmaschinen. Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich auf die Einlasskammern von selbstzündenden und fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Einspritzung anwendbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bilden von Wirbel-Einlasskammern zu schaffen, die so gestaltet werden sollen, daß eine gute Verwirbelung der in die Brennkammern der Maschine eintretenden Frischgase bei einem akzeptablen Mass an Gleichmässigkeit bzw. Reproduzierbarkeit der Verhältnisse in. den verschiedenen Zylindern einer Maschine sowie in den Zylindern einer Maschihenserie erzeugt wird. Maschinen, welche eine Verwirbelung oder einen

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Drall zur Unterstützung der Verbrennung-anwenden, erfordern normalerweise eine ganz bestimmte Wirbelgeschwindigkeit, um eine wirksame Verbrennung zu erreichen. Wenn das Mass der Verwirbelung in jedem Zylinder einer Mehrzylinder-Maschine variiert, ist die Verbrennung in einigen Zylindern nicht optimal. Dies ist der Grund dafür, dass Reproduzierbarkeit der Wirbelerzeugung durch die Gestaltung der Wirbel-Einlasskammern wichtig ist, um geringen Brennstoffverbrauch und in einigen Fällen niedrige· Abgasemissionen zu erreichen.

Es sind zwei Arten von Einlasskammern bekannt, die Wirbel bzw. Drall erzeugen, wobei die erste sogenannte Wirbel- oder Drall-Einlasskammer als eine Einlasskammer definiert ist, in welche Frischgase über einen Einlasskanal in einen im wesentlichen ringförmigen Teil der Wirbel-Einlasskammer (den sogenannten Napf) oberhalb des Ventilsitzes und um den Ventilschaft herum eingeführt werden, wobei der Einlasskanal den Napf unsymmetrisch (bezüglich der Achse des Einlassventils und des Ventilsitzes) anschneidet, so dass die Aussenseite des Einlasskanals sanft in die Innenwand des Napfes übergeht. Somit werden die Frischgase im wesentlichen in Umfangsrichtung in den Napf aus dem Einlasskanal eingeführt, dessen Längsachse radial versetzt zur "vertikalen" Achse des Ventilschaftes und des Ventilsitzes ist, so dass die Gase längs einer schraubenlinienförmigen Bahn um den Ventilschaft herum in dem Napf der Wirbel-Einlasskammer strömen und dadurch einen Drall erhalten, bevor sie über den Ventilsitz in den Brennraum eintreten. Ein häufig angewendetes, wenn auch nicht zwingendes Merkmal der Wirbel-Einlasskammer-Konstruktion besteht darin, dass eine Barriere oder "Flosse" vorgesehen ist, welche

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nahe dem inneren Ende des Einlasskanals in den Napf hineinragt und im Napf in Umfangsrichtung strömendes Gas so ablenkt, dass eine Störung, des das Ende des Einlasskanals verlassenden und in den Napf einströmenden Gases vermieden ist.

Die Anordnung einer so definierten Wirbel-Einlasskaitmer steht im Gegensatz zu einer sogenannten "gerichteten" Einlasskammer, bei welcher die Achse des geradlinigen, nach unten geneigten Einlasskanals die Achse des Ventilschaftes nahezu oder genau schneidet, wobei die Anordnung in der Ebene symmetrisch ist, so dass die Frischgase gezwungen werden, in den Brennraum in einer Richtung einzutreten oder mit anderen Worten, die Frischgase einen linearen Impuls haben, der im Brennraum in den erforderlichen Drehimpuls oder Drall umgewandelt wird.

Es ist bisher üblich gewesen, eine Wirbel-Einlasskammer aufgrund ihrer komplizierten Form durch Giessen herzustellen, und zwar beim Giessen des Zylinderkopfes, wobei die Oberflächen als Gussflächen belassen sind. Dabei wurde jedoch gefunden, dass der Grad an Verwirbelung, welche solche gegossenen Wirbel-Einlasskammeirn erzeugen, sehr empfindlich gegenüber kleinen Ungenauigkeiten in der Oberflächengestalt ist, wobei solche Ungenauigkeiten bei der Herstellung aufgrund geringfügiger Verschiebungen der Giesskerne auftreten können. Darüberhinaus kann die Rauhigkeit der Gussoberfläche die Grosse der erzeugten Verwirbelung beeinflussen. . ·

Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eine Wirbel-Einlasskammer, wie sie oben definiert ist, wobei mindestens ein Teil ihrer Innenfläche bearbeitet ist·

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Somit werden bei einer Ausführung der Erfindung die gesamte Fläche oder mindestens ein Teil der Fläche des Napfes der Wirbel-Einlasskammer und vorzugsweise auch der abstromseitige Endabschnitt ihres Einlasskanals bearbeitet.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren /einer oben aefinierten Wirbel-Einlasskammer im gegossenen Zylinderkopf, einer Brennkraftmaschxne.mit innerer Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben ein Bearbeiten des Zylinderkopfes derart, dass mindestens ein Teil und vorzugsweise mindestens 50 % der gesamten Innenfläche der Wirbel-Einlasskammer als bearbeitete Fläche oder Flächen gestaltet sind.

Z.B. kann im wesentlichen die gesamte Innenfläche der Einlasskammer bearbeitet werden.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren das Bilden eines gegossenen Zylinderkopfes mit einer inneren gegossenen Aussparung, die im wesentlichen der erforderlichen Endgestalt der Wirbel-Einlasskammer entspricht, jedoch etwas kleiner ist, und das Bearbeiten der gegossenen Oberfläche der Aussparung, um die genannte bearbeitete Fläche bzw. Flächen zu schaffen und die Einlasskammer auf ihre gewünschten Abmessungen zu bringen. ·

Bei einer Ausführung der Erfindung umfasst das Verfahren das Bearbeiten des Zylinderkopfes derart, dass ein im wesentlichen geradliniger Durchlass gebildet wird, welcher den Einlasskanal bildet und mindestens in seinem inneren Endabschnitt einen runden oder anders geformten, maschinell herstellbaren Querschnitt aufweist, wobei die Aussenseite des Einlasskanales mit ihrem inneren. Ende in die Oberfläche des Napfes in der Einlasskammer übergeht und mindestens

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ein Teil der inneren Oberfläche des Napfes ebenfalls bearbeitet wird.

Die Wirbel-Einlasskammer kann in mindestens zwei Bearbeitungsgängen geschaffen werden, wobei in einem Bearbeitungsgang die Oberfläche mindestens des inneren Endabschnittes des Einlasskanals gebildet wird und in dem anderen Bearbeiturigsgang mindestens der grössere Teil der Innenfläche des Napfes in kreisförmige oder teilkreisförmige Querschnittsgestalt oberhalb des Ventilsitzes gebracht wird.

Ein dritter Bearbeitungsgang kann an einer Erweiterung des Napfes im Gebiet des Zusammentreffens oder Schneidens der Aussenseite des Einlasskanals mit der Oberfläche des Napfes vorgesehen werden.

Der dritte Bearbeitungsgang ermöglicht eine Verbesserung der Form des runden Übergangsbereiches der Aussenwand des Einlasskanals an der Schnittstelle. Auf diese Weise können nachteilige Diskontinuitäten in der Oberfläche der Einlasskammer im Gebiet dieser Schnittstelle vermieden werden, und zwar selbst bei einem grossen radialen Versatz der Längsachse des Einlasskanals gegenüber der Mitte des Napfes.

Der Querschnitt des Einlasskanals kann kreisförmig oder von jeder anderen, maschinell herstellbaren Gestalt sein, und der Einlasskanal kann gleichbleibenden Querschnitt oder einen sich über seine Länge verjüngenden Querschnitt aufweisen. Der Napf kann halbkugelförmig oder zylindrisch oder eine Kombination davon sein, wobei ein zylindrischer unterer Abschnitt den Ventilsitz an seinem unteren Ende hat und ein halbkugelförmiger oberer Abschnitt in das obere Ende des zylindrischen Abschnittes übergeht, oder

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jede andere zweckmässige achssymmetrische Gestalt. In dieser Beschreibung werden die Adjektive "oberer" und "unterer" im Zusammenhang mit einer Ventilkammer gebraucht, die ein Einlassventil mit vertikaler Achse mit dem Ventilsitz am unteren Ende der Einlasskammer und einem nach unten geneigten Einlasskanal aufi/eist., welche in den Napf der Einlasskammer führt.

Weil es mit spanender Bearbeitung schwierig ist, eine einstückige Barriere zu schaffen, die in den Ringbereich der Einlasskammer hineinragt, kann ein gleich wirkendes Bar— riereglied in Gestalt des Endabschnitts einer nach innen ragenden Auskleidungshülse vorgesehen werden, welche in das innere Ende des Einlasskanals eingesetzt ist und durch die Schnittstelle des Einlasskanals mit dem Napf ragt.

Die Erfindung betrifft nicht nur das beschriebene neue Verfahren zum Bilden einer Wirbel-Einlasskammer durch Bearbeiten sondern auch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer solchen bearbeiteten Wirbel-Einlasskammer darin. Dieser Zylinderkopf ist in den Ansprüchen 17 bis 34 unter Schutz gestellt.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. IA und IB in Schnittansichten von oben und von der Seite einen Einlasskanal der sogenannten "gerichteten Bauart", die nicht der Bauart nach der Erfin

dung entspricht;

Fig. 2A und 2B in einer Schnittansicht von oben und von der Seite eine gegossene Wirbel-Einlasskammer, welehe ebenfalls nicht die Erfindung verkörpert;

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Fig. 3A und 3B in Schnittansichten von oben und von der Seite eine erste Ausführung der" Erfindung mit einer Wirbel-Einlasskammer, deren Oberfläche vollständig in zwei Bearbeitungsgängen bearbeitet ist; 5

Fig. 4A, 4B, AC eine zweite Ausführung der Erfindung, wobei eine vollständig bearbeitete Wirbel-Einlasskammer einem dritten Bearbeitungsgang unterzogen worden ist, wobei Fig. 4B einen Schnitt nach der Linie B-B in Fig. 4A und Fig. 4C einerf Schnitt nach

der Linie A-A in Fig. 4B darstellen; und

Fig. 5A, 5B und 5C in Ansichten ähnlich denjenigen nach den Fig. 4A, 4B und 4C eine abgewandelte Ausführung einer Wirbel-Einlasskammer, die numerisch ge

steuert bearbeitet ist.

Die Fig. IA und IB zeigen eine sogenannte "gerichtete" Einlasskammer mit einem geradlinigen zylindrischen Einlasskanal 10, dessen Achse 11 nach unten geneigt ist und in einen Napfabschnitt 12 mit halbkugeligem oberen Ende führt_y durch welchen der Schaft 13 des Einlassventiles hindurchragt. Der Ventilsitz 14 ist am offenen unteren Ende des Napfes 12 ausgebildet. Die Achse 11 des Einlasskanals schneidet die vertikale Achse 15 des Napfes 12, die mit der Achse des Ventilschaftes zusammenfällt. Obgleich die meisten "gerichteten" Einlasskammern durch Giessen geformt sind, lässt sich aufgrund der einfachen und symmetrischen ■ Gestalt der gerichteten Einlasskammer diese auch in einfaeher Weise durch Bearbeiten erzeugen. Die Zylinderwand der Brennkraftmaschine ist bei 16 angedeutet.

Die Fig. 2A und 2B zeigen eine bekannte Ausführung einer sogenannten Wirbel-Einlasskammer, die durch Giessen geformt und so gestaltet ist, dass sie einen hohen Grad an Verwir-

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belung bzw. Drall der Frischgase beim Eintreten in den Brennraum erzeugt. In gewissen Anwendungsfällen sind Wirbel -Einlasskammer zweckmässiger als "gerichtete" Einlasskammern. In den Fig. 2A und 2B verjüngt sich der nach unten geneigte Einlasskanal 1OA und trifft schief auf den Napf 12A, wobei die projizierte Achse des Einlasskanals zur Achse 15A des Napfes radial versetzt ist, so daß die Gase in den Napf im wesentlichen in Umfangsrichtung eintreten und längs einer schraubenlinienförmigen Bahn um den Ringbereich 17A des Napfinneren strömen, der den Ventilschaft 13A umgibt, bevor die Gase über den Ventilsitz 14A in den Brennraum gelangen. Die Pfeile A deuten den Strömungsweg der Frisch- oder Einlassgase an. Am radial inneren Teil der Verbindungsstelle zwischen dem Einlass-IS kanal 1OA und dem Napf 12A ist eine einstückige Flosse 18A ausgebildet, die vom oberen Teil des Einlasskanals nach unten ragt, um ein Kreuzen des um den Ventilschaft 13A zirkulierenden Gasstromes mit dem strom-abwärts gelegenen Ende des Einlasskanals und eine Überlagerung mit dem Strom der frischen Gase zu vermeiden, welche in den Napf 12A vom Einlasskanal 1OA her eintreten.

Es ist ersichtlich, dass die Wirbel-Einlasskammer nach den Fig. 2A und 2B komplizierte unsymmetrische Gestalt hat, die so konstruiert ist, dass sie den geradlinigen Impuls der Gasströmung im Einlasskanal lOA in einen Drehimpuls oder Drall im ringförmigen Bereich 17A des Napfes 12A umwandelt, bevor die Gase in den Brennraum gelangen. Diese Wirbel-Einlas.skammer ist vollständig durch Giessen geschaffen und es ist hervorzuheben, dass jede geringfügige Ungenauigkeit der Stellung des Giesskernes in der Form wesentlich die Genauigkeit der gegossenen Einlasskammergestalt und damit wie oben beschrieben das Mass der Verwirbelung beeinflusst, die in den Gasen erzeugt ist, wie dies auch für die Rauhigkeit der Gussoberflächen des Ein-

lasskanales gilt.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine Ausführung der Erfindung, bei welcher die Oberflächen einer Wirbel-Einlasskammer bearbeitet sind, wodurch Ungenauigkeiten und Rauhigkeit sogar bei grosser Serie · ■■' vermieden werden können.

In den Fig. 3A und 3B ist der gegossene Zylinderkopf mit einer inneren Aussparung versehen, die durch ein Formteil oder einen Kern geschaffen ist, wobei die Aussparung im wesentlichen die Gestalt der gewünschten Wirbel-Einlasskammer, jedoch mit ein wenig Untermass hat. Der Zylinderkopf wird dann Bearbeitungsgängen unterzogen, wobei der Einlasskanal lOB als sich verjüngender Kanal mit Kreisquerschnitt in einem Bearbeitungsgang bearbeitet wird, während der Napf 12B, der zum Ventilsitz 14B führt, als zylindrische Aussparung mit halbkugeligem oberen Abschnitt bearbeitet wird, durch welchen der Ventilschaft 13B koaxial hindurchragt. Diese beiden Bearbeitungsgänge sind geradlinig und können in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden. Die gesamte Innenfläche sowohl des Napfes als auch des Einlasskanals werden somit durch spanabhebendes Bearbeiten in die gewünschte Endgestalt auf Fertigmass gebracht.

Es ist erkennbar, daß die Achse 11B des Einlasskanals lOB von der Achse 15B des Napfes 12B um einen Abstand E versetzt ist und dass das innere Ende des bearbeiteten Einlasskanals sich abrupter verjüngt als der grösste Teil seiner Länge,· in_vdem dieses Ende einen abgerundeten Übergangsbereich 19B bildet, welcher sanft in debe Seitenwand des Napfes 12B einläuft, so dass die Gasströmung aus dem Einlasskanal sanft in den Ringbereich 17B einströmen kann. Bei der Konstruktion nach den Fig. 3A und 3B kann eine einstückige Flosse wie die Flosse 18A nach den Fig. 2A

und 2B nicht einfach durch normales Bearbeiten hergestellt werden, und dementsprechend ist eine gepresste Auskleidungshülse 2OB aus Stahl in das innere Ende des Einlasskanales lOB mit Festsitz in der bearbeiteten Wandoberfläche eingesetzt, wobei die Auskleidungshülse 2OB teilweise durch die Schnittstelle zwischen dem Einlasskanal lOB und dem Napf 12B hindurchragt, um eine Barriere 21B zu bilden, die sich über den Ringbereich 17B hinaus in Richtung auf den Ventilschaft erstreckt, um eine Funktion ähnlich der Flosse 18A zu erfüllen, d'.h. zu verhindern, dass die Gasströmung im Ringbereich 17B die Mündung des Einlasskanals lOB kreuzt und den Eintritt von Frischgas in den Napf 12B stört. Falls erwünscht, kann der Einlasskanal lOB mit einem abgesetzten Ende grösseren Durchmessers versehen werden, um die Hülse 2OB mit ihrer Innenwand mit dem übrigen nicht ausgekleideten Wandbereich des Einlasskanals fluchten zu lassen.

Bei Wirbel-Einlasskammern beträgt der Versatz E der Einlasskanal-Achse gewöhnlich zwischen 0,125 D und 0,5 D, worin D der innere Sitzdurchmesser der Einlasskammer ist. Der Versatz E repräsentiert somit den Hebelarm des Drehmoments der Gasströmung um die Napfachse 15B, so dass also eine Zunahme des Verhältnisses E : D in vielen Fällen eine Zunahme der Verwirbelung bzw. des Dralles zur Folge hat.

Grosse Werte des Verhältnisses E : D könnten^ beträchtlichen Diskontinuitäten zwischen den bearbeiteten Oberflächen des Einlasskanals und des Napfes führen, welche durch die beiden Bearbeitungsgänge erzeugt sind.

Der Einlasskanal lOB kann über seine ganze Länge konstanten Querschnitt aufweisen oder teilweise verjüngt sein und teilweise konstanten Querschnitt haben. Der Einlasskanal muss nicht notwendig Kreisquerschnitt haben, sollte aber einen solchen Querschnitt haben, der spanend bearbeitbar ist·

-K-

Die Achse IIB des Einlasskanals 1OB kann zur vertikalen Ventilachse 15B in jedem zweckmässigen Winkel angeordnet sein, so dass eine Anpassung an besondere Schraubenanord— nungen der jeweiligen Zylinderköpfe möglich ist.

Zusätzlich zu der vorherrschenden schraubenlinienförmigen Ausbildung des durch die beschriebene Wirbel-Einlasskammer erzeugten Wirbels wird durch die Einlasskammer ein Richteffekt erzeugt, und um diesen maximal auszunützen, ist er-

forderlich, dass der Einlasskanal 1OB korrekt bezüglich

des Zylinders ausgerichtet ist. Um dies zu erreichen, sollte der Winkel β in Fig. 3A grosser als 45° und kleiner als 135° sein. β ist der zwischen der projezierten Verbindungslinie zwischen den Mitten des Zylinders 16B und des Ventilsitzes 12B sowie der Einlasskanalachse llB eingeschlossene Winkel, wobei die Einlasskanalachse llB die genannte Linie im Punkt P schneidet. Der Winkel eh in Fig. 3B, welcher den Winkel der Einlasskanalachse llB bezüglich "horizontaler" Ebenen parallel zum Ventilsitz definiert, sollte zwischen 0 und 70 liegen.

Die Auskleidungshülse 20B muss nicht Kreisquerschnitt haben und könnte an ihren Enden nahezu beliebige Gestalt haben; der Betrag,- um welchen diese Hülse in den Ringab— schnitt des Napfes der Einlasskammer hineinragt, wird durch die Verwirbelung bestimmt," die von der Einlasskammer verlangt wird. Bei einer Mehrzylinder-Maschine können Gestalt und Anordnung, z.B. die Grosse der Auskragung der Auskleidungshülse bei jeder Einlasskammer in der Maschine unterschiedlich sein. Die Variation der Hülsengestalt und/ oder -anordnung kann so gewählt werden, dass den unterschiedlichen Wirkungen der Saugleitung auf die Verwirbelung in den verschiedenen Zylindern derart Rechnung getragen wird, dass in jedem Zylinder gleiche Verwirbelung erzeugt wird.

- να —

Der obere Abschnitt des Napfes der Einlasskammer muss nicht notwendig halbkugelförmig sein, wie Fig. 3B zeigt, sondern könnte z.B. zylindrisch oder konisch achsensymmetrisch zur Ventilführungsachse 15B ausgebildet werden. 5

Die Fig. 4A und 4C zeigen eine abgewandelte Ausführung der Erfindung, bei welcher das Verhältnis E : D grosser als in Fig. 3 ist und Diskontinuitäten durch einen dritten Bearbeitungsgang vermieden sind, bei welchem der Napf örtlich in seiner Seitenwand bei 22C über die b'eim ersten Bearbeitungsgang des Einlasskanals IOC erreichte Grenze 19C hinaus erweitert worden ist. Hierdurch wird eine teilkugelige Übergangsfläche 22C geschaffen, wodurch die Seitenwand des Einlasskanals sanft in die Seitenwand des Napfes 12C übergeht. Eine gepresste Auskleidungshülse 2OC aus Stahl mit einem auskragenden Barriereabschnitt 21C ist in gleicher Weise vorgesehen wie bei der Ausführung nach den Fig. 3A und 3B. Die verschiedenen Teile der Konstruktion nach den Fig. 4A bis 4C sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den Fig. 3A und 3B, jedoch mit dem Zusatzbuchstaben C anstelle des Zusatzbuchstabens B versehen.

Dieser dritte Bearbeitungsgang muss nicht notwendig zu einer teilkugeligen Gestalt wie bei 22C gezeigt führen, sondern es könnte auch jede andere zur Wirbelerzeugung geeignete einspringende Form gewählt werden. Die einspringende Form, die kugelig oder anders sein kann, darf auch über das"Dach" des vorher bearbeiteten Ringbereiches 17C hinausragen.

Der dritte Bearbeitungsgang ermöglicht eine Vergrösserung der Abmessung E auf 0,75 D und ferner eine Zunahme des Durchmessers des Einlasskanals IOC, wobei immer noch eine angepasste Schnittstelle mit dem Ringbereich beibehalten ist.

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Der Wirkteil der Auskleidungshülse 2OB oder 2OC ist derjenige Teil 21B bzw. 21C, der in den Ringbereich 17B oder 17C der Einlasskammer hineinragt, um die Barriere für den zirkulierenden Gasstrom zu bilden, und dieser Wirkteil kann unterschiedliche Form haben. Da die Auskleidungshülse 2OB oder 2OC keine Last überträgt, kann sie schwächer ausgebildet werden als schematisch in den Zeichnungen angedeutet "ist, und braucht nicht den gesamten Umfang des Einlasskanals zu umgeben. In bestimmten Fallen kann die Auskleidungshülse 2OB bzw. 2OC vollständig weggelassen werden.

Die Ausführung nach den Fig. 5A bis 5C ist ähnlich derjenigen nach den Fig. 3A, 3B und 4A bis 4C mit der Ausnahme, dass eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zum Bearbeiten des Ringbereiches 17D eingesetzt ist. Dies gestattet es, den ' Napfabschnitt. 12D nicht achsensymmetrisch, zu den angenommenen Bearbeitungsachsen zu gestalten und eine einspringende bzw. hinterschnittene Form leicht zu realisieren, wie sie in Fig. 5C beispielsweise gezeigt ist.

Das Zurückgreifen auf eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine trägt dazu bei, Diskontinuitäten in der Gestalt der Einlasskammer zwischen dem Einlasskanal und dem Ringbereich des Napfes zu unterdrücken und.dem Ringbereich eine Gestalt zu geben, die günstigst für eine wirksame Strömung durch die Einlasskammer ist, sowie das Bearbeiten einer Lippe 18D, welche die Funktion der Auskleidungshülse bei den anderen Ausführungsbeispielen übernimmt. Im übrigen sind die Merkmale und Grenzen dieser Ausführung vergleichbar den bereits anhand der Fig. 3A, 3B und 4A bis 4C beschriebenen. . ·

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- 14 -

In allen Ausführungen gemäß den Fig. 3A bis 5C ist entweder die gesamte Innenfläche oder ihr wesentlicher Teil jeder Einlasskammer bearbeitet und zwar einschliesslich der von der Auskleidungshülse überdeckten Fläche in der Einlasskammer, falls eine solche Auskleidungshülse vorgesehen ist. Während es notwendig oder mindestens wünschenswert ist, den inneren Endabschnitt des Einlasskanals unter der Auskleidungshülse zu bearbeiten, um zu gewährleisten, dass die Auskleidungshülse exakt sitzt, ist nicht wesent-

lieh, dass die gesamte verbleibende Innenfläche der Einlasskammer bearbeitet wird. Im allgemeinen sollten mindestens 50 % der gesamten Innenfläche der Einlasskammer einschliesslich der von der Hülse abgedeckten Fläche bearbeitet sein, wobei die übrigen Flächenbereiche unbearbeitet, d.h. Gussflächen bleiben können.

Z.B. sollte der innere Endabschnitt des Einlasskanals bearbeitet oder durch die glatte Hülse ausgekleidet sein, wobei der stromaufwärts gelegene Endbereich des Einlasskanals als Gussfläche belassen werden kann. Die axiale Länge des Endabschnitts des Einlasskanals, die entweder eine bearbeitete Fläche erhalten oder durch die Hülse abgedeckt werden sollte, sollte einem Abstand F gleich mindestens dem Innendurchmesser D des Einlassventilsitzes entsprechen, wobei F in Richtung stromaufwärts vom Punkt P in Fig. 3A aus längs der Achse des Einlasskanales gemessen ist. Stromaufwärts der äusseren Grenze von F kann die Einlasskanaloberfläche als Gussfläche belassen werden.

Während der grössere Teil der Innenfläche des Napfes der Einlasskammer bearbeitet werden sollte, ist möglich, dass ein kleinerer Teil seiner Oberfläche unbearbeitet bleibt,

Id61 ei s s 6TI wiircL
z.B. als Gussfläche/ ohne dass ein erheblicher Verlust an Reproduzierbarkeit der Wirbelerzeugung damit einherginge.

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Z.B. ist es bei der Anordnung nach den Fig. 4A, 4B und 4C möglich, die örtliche Erweiterung in der Seitenwand des Napfes bei 22C während des Giessens zu formen und unbearbeitet zu lassen, während der übrige Teil der Innenfläche des Napfes im zweiten Bearbeitungsgang feinbearbeitet wird.

Es ist auch darauf hinzuweisen, dass bei jeder Ausführung nach den Fig. 3A, 3B, 4A, 4B, 4C und 5A, 5B,· 5C,

bei der wie oben beschrieben der Zylinderkopf anfänglich mit einer Untermass aufweisenden Aussparung gegossen und die so gebildete Grobgestalt der Wirbeleinlasskammer durch Bearbeiten auf Endmass gebracht wird, es auch ebenso möglich ist, aus einem Zylinderkopf-Gussstück die Wirbel-Einlasskammer insgesamt aus dem Vollen heraus zu arbeiten, und zwar sowohl den Einlasskanal als auch den Napf.

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Patentanwalt Dr.-Ing. R. Liesegang

zugelassen beim Europäischen Patentamt - admitted to the European Patent Office -: Mandataire agroe aupres Γ Office Europfien des Brevets

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RICARDO CONSULTING ENGINEERS LTD.
Shoreham-by-Sea, Großbritannien
P 096 44

Ansprüche

ν 1 ·) Verfahren zum Bilden von Wirbel-Einlasskammern im gegossenen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben, wobei Frischgase über einen Einlasskanal in einen im wesentlichen ringförmigen Teil der Wirbel-Einlasskammer, den sogenannten Napf, oberhalb des Ventilsitzes und um den Ventilschaft herum eingeführt werden, und wobei der Einlasskanal den Napf· unsymmetrisch bezüglich der Achse des Einlassventils und des Ventilsitzes anschneidet, so dass die Aussenseite des Einlasskanals sanft in die Innenwand des Napfes übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der inneren Oberfläche oder Oberflächen der Wirbel-Einlasskammer bearbeitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, .dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen die gesamte innere Oberfläche der Wirbel-Einlasskammer bearbeitet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch'g ekennzeichn e t, dass mindestens 50% der inneren Oberfläche der Wirbel-Einlasskammer bearbeitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf beim Giessen mit einer inneren Aussparung versehen wird, die im wesentlichen der erforderlichen Endgestalt der Wirbel-Einlasskammer entspricht, jedoch etwas kleiner ist, und dass die Gussoberfläche in der Aussparung zum Herstellen der Endgestalt bearbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf ein im wesentlichen geradliniger Durchlass (1 OB,1OC,1OD) gebildet wird, welcher den Einlasskanal bildet und mindestens in seinem inneren Endabschnitt einen runden oder anders geformten, maschinell herstellbaren Querschnitt hat, und dass die Aussenseite des Einlasskanals mit ihrem inneren Ende in die Oberfläche des Napfes (12B,12C,12D) in der Einlasskammer übergeht, wobei mindestens ein Teil der inneren Oberfläche des Napfes ebenfalls bearbeitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskammer in mindestens zwei Bearbeitungsgängen bearbeitet wird, wobei in einem Bearbeitungsgang die Oberfläche mindestens des inneren Endabschnitts des Einlasskanals (10B) gebildet wird und in dem anderen Bearbeitungsgang mindestens der grössere Teil der Innenfläche des Napfes (12B) in kreisförmige oder teilkreisförmige Querschnittsgestalt oberhalb des Ventilsitzes (14b) gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Bearbeitungsgang vorgesehen wird, um die Oberfläche einer Erweiterung (22C) des Napfes (12C) im Gebiet des Zusammentreffens der Aussenseite des

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Einlasskanals (1OC) mit der Oberfläche des Napfes zu bearbeiten.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e kennzeichnet, dass der Einlasskanal (1OB,10C, 10D) oder sein innerer Endabschnitt zu kreisförmiger Querschnittsgestalt, bearbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g e k e η η zeichnet, dass der Napf (12B) zu halbkreisförmiger Gestalt bearbeitet wird.
10.Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Teil des Napfes (12B) in zylindrische Gestalt und der obere Abschnitt des Napfes in gewölbte Gestalt gebracht wird, derart, dass die Wölbung an ihrem unteren Rand in den zylindrischen Abschnitt übergeht.
11.Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch g e kennzeichnet, dass eine Auskleidungshülse (2OB, 20C) in den inneren Endabschnitt des Einlasskanals (10B, 10C) so eingeführt wird, dass sie über dessen bearbeiteter Oberfläche liegt und durch die Schnittstelle zwisehen dem Einlasskanal und dem Napf (12B,12C) ragt, wobei das überkragende innere Ende der Auskleidungshülse eine in den Ringbereich (17B,17C) ragende Barriere (21B, 21C) unmittelbar stromaufwärts !des offenen inneren Endes des Einlasskanals bezüglich der Wirbelrichtung -in der Einlasskammer bildet und dass die Auskleidungshülse sich nur über einen kleineren Teil der Gesamtlänge des Einlasskanals erstreckt.
12.Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der inneren Oberfläche des Einlasskanals (10B,IOC,1OD) an seinem stromaufwärts gelegenen Ende unbearbeitet gelassen wird.
13.Verfahren nach Ausspruch (>, dadurch g e k e η η ζ e i c hn e t, dass die Aussparung im Zylinderkopf beim Giessen mit einem Napfabschnift (12C) teilkreisförmigen Querschnitts mit einer konkaven Erweiterung (22C) im Gebiet der Schnittstelle: zwi sehen der Aussenseite des Einlasskanals (10C) und dem gegossenen Napf abschnitt ausgebildet wird, und dass bei dem ersten Bearbeitungsgang derinneren Oberfläche des teilkrei sf örrnigen Napfabschnitts die konkave Erweiterung unbearbeitet bleibt.
14.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g e k e η n ζ e i c h η e t, dass die Oberflächen der Wirbel- Einlasfkaminer mittels einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine bearbeitet werden.
15.Verfahren nach Anspruch 14 in Verbindung mit /uispruch 5 oder 6, dadui'ch g e k e η η ζ e i c h η e t., dass mindestens der Napf (12B) in eine Gestalt bearbeitet wird, die asymmetrisch bezüglich der Achse (15D) der Ventilführung (13D) der Wirbel-L'inlasskui;uuer ist-.
16.Verfahren nach /vnspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorspringende Lippe (18B) unmittelbar stromaufwärts bezüglich der dichtung der Wirbei strömung in der Wirbel -Einlasskniwner der Schnittstelle des Napfes mit dem Einlasskanal herausgearbeitet wird.
.Zylinderkopf oinci Brennkraftmaschine mit inneren Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben, gekennzeichnet durch mindestens eine Wirbel-Einlasskammer, die nach einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 1 () hergestellt ist.
18 . Zylinderkopf einoi Brennkraf tnuischine mit inneren Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Wirbel-

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Einlasskammer versehen ist, in welche die Frischgase über einen Einlasskanal in einem im wesentlichen ringförmigen Teil der Einlasskammer , den sogenannten Napf, oberhalb des Ventilsitzes und um den Ventilschaft herum eingeführt werden, wobei der Einlasskanal den Napf unsymmetrisch bezüglich der Achse des Einlassventils und des Ventilsitzes anschneidet, so dass die Aussenseite des Einlasskanals sanft in die Innenwand des Napfes übergeht, und wobei mindestens ein Teil der inneren Oberfläche der Wirbel-Einlasskammer bearbeite^ ist.
19.Zylinderkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen die gesamte innere Oberfläche der Wirbel-Einlasskammer bearbeitet ist. 15
20.Zylinderkopf nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der gesamten inneren Oberfläche der Wirbel-Einlasskammer bearbeitet ist.
21.Zylinderkopfnach Anspruch 18oder 20, der ein Gusstück ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der inneren Oberfläche des Einlasskanals als Giessoberflache belassen ist.
22.Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbel-Einlasskammer einen im wesentlichen geradlinigen Durchlass aufweist, welcher den Einlasskanal (10B₇IOC) bildet und mindestens in seinem stromabwärts gelegenen Endbereich zu Kreisquerschnitt bearbeitet ist, und dass ein Napf (12B,12C) mindestens im grösseren Bereich seiner inneren Umfangsflache zu kreisförmigem oder teilkreisförmigem Querschnitt bearbeitet ist, welcher koaxial mit dem Ventilsitz (14B,14C) am offenen unteren Ende des Napfes ist.

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23.Zylinderkopf nach Anspruch22, dadurch g e k e η η zeichne t, dass der Napf (12C) eine Aussparung (22C) hat, die eine unmittelbar stromabwärts der Schnittstelle zwischen der Napfwand und der Aussenseite des Einlasskanals gelegene Erweiterung bildet.
24.Zylinderkopf nach Anspruch23, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Erweiterung (22C) eine teilkreisförmige, bearbeitete Oberfläche aufweist, die exzentrisch bezüglich der Achse«'des Ventilsitzes (MC) liegt.
25.Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Napf (12B,12C)(ausschliesslich der Erweiterung (22C), sofern diese vorgesehen ist), einen unteren zylindrischen Abschnitt und einen in diesen übergehenden, gewölbten oberen Abschnitt aufweist, wobei der Ventilsitz (14C) am unteren Rand des zylindrischen unteren Abschnittes gelegen ist.
26.Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil des Napfes (12B,12C) (ausschliesslich der Erweiterung (22C), falls eine solche vorgesehen ist), halbkugelige Gestalt hat.
27.Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auskleidungshülse (2OB,20C) in den stromabwärts gelegenen Endab- schnitt des Einlasskanals (10B, 10C) eingesetzt ist und durch die Schnittstelle des Einlasskanals mit dem Napf (12B,12C) ragt, wobei das auskragende innere Ende der Auskleidungshülse eine Barriere (21B,21C) bildet, die in den Napf unmittelbar stromaufwärts (bezüglich der Strömungsrichtung des Wirbels im Napf) des offenen Endes des Einlasskanals hineinragt, wobei die Ausklei-

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dung.shülse nur über einen kleineren Teil der Gesamtlänge des Einlasskanals sich erstreckt.
28.Zylinderkopf nach Anspruch 27 in Verbindung mit Anspruch 21, dadurch g e k e η η zeichnet, dass ein Teil der Innenfläche des Liniasskanals (1 OB,1OC,1OD) im stromaufwärts gelegenen Ende mit unveränderter Gussoberfläche belassen ist.
29. Zylinderkopf nach Anspruch28, dadurch g e k ,e η η zeichnet, dass ein Teil der Länge des Einlasskanals (10B, K)C), der sich vom Einlassende über einen mindestens den Innendurchmesser (D) des Einlaos-Ventilsitzes (14B,14C) entsprechenden Abstand erstreckt., eine entweder vollständig bearbeitete oder mittels einer Auskleidungshülse (20B,20C) ausgekleidete innere Oberfläche oder eine teil ν/« iisci bearbeitete bzw. teilweise ausgekleidete Oberfläche hat.
30.Zylinderkopf nach Anspruch 22, dadurch g e k e η η-z e i c h η e t, dass die Längsachse (11B) des Einlasskanals (K)B) versetzt, zur Achse (15B) der Ventilführung (13B) um einen /\b stand (E) ist, welcher zwischen einem Vieitel und der Hälfte des Innendurchmessers (D) des Ventil Sitzes (14B) beträgt.
31.Zylinderkopf nach Anspruch 22 oder 30, dadurch g e k e η nzeichne t, dass die Längsachse (11B) des Einlasskanals (K)B) unter einem Winkel (oc)zur Ilauptebene des Ventilsitzes nach oben geneigt ist, der nicht grosser air, 70° ist.
32.Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 22, 30 oder 31, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, dass der zwischen der Längsachse (11B) des Einlasskanals und einer die Mitte (15B) des Ventilsitzes (14B) und die Achse des Zylinders (16B) verbindenden Linie eingeschlossene Winkel (/3 ) zwischen 45° und 135° beträgt.

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33.Zylinderkopf nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die projizierte Längsachse (11C) des Einlasskanals (10C) bezüglich der Achse (15C) der Ventilführung (13C) um einen Abstand ( E) versetzt ist, der zwischen der Hälfte und drei,Vierteln des Innendurchmessers (D) des Ventilsitzes (14C) beträgt.
34.Zylinderkopf nach Anspruch 23 in Verbindung mit Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Erweiterung (22C) eine Gussoberflache ist.
35.Mehr-Zylinder-Brennkraftmaschine mit inneren Verbrennung und hin- und hergehenden Kolben mit einem oder mehreren Zylinderköpfen nach Anspruch 27, dadurch g e kennzeichnet, dass in dem Zylinderkopf öder den Zylinderkopfen die Auskleidungshülsen (2OB,20C) der Wirbel-Einlasskammern, welche verschiedenen Zylindern der Maschine zugeordnet sind, unterschiedlich gestaltet und/oder in ihren entsprechenden Wirbel-Einlasskammern unterschiedlich angeordnet sind.

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