DE2922058C2 - Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung - Google Patents

Description

diidurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des trisch abschneidenden Einlaßkanals gebildet werden. Napfes (125; 12Q-ausschließlich der Aussparung 60 Napf und Einlaßkanal können jedoch auch im (22Q, falls eine solche vorgesehen ist - halbkugeli- Gießverfahren hergestellt werden. Dies ist bei Anwenge Gestalt hat dung sehr glatter keramischer Kerne, welche nach dem

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Gießprozeß durch Hochdruckwasser entfernt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskieidungshülse neuerdings mit ausreichender Genauigkeit ebenfalls (205, 2OQ sich nur über einen kleineren Teil der 65 möglich. Dann erübrigt sich eine Bearbeitung völlig.
Gesamtlänge des Einlaßkanais erstreckt. Hinsichtlich der Bearbeitbarkeit besonders vorteil-

8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekenn- haft ist eine Form von Napf und EinJaßkanaf, wie sie im zeichnet, daß ein Teil der Länge des Einiaßkanais Anspruch 2 unter Schutz gestellt ist.

Insbesondere hinsichtlich der Bearbeitbarkeit vorteilhafte Ausgestaltungen der Übergangsfläche zwischen Napf und Einlaßkanal sind in den Ansprüchen 3 und 4 unter Schutz gestellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 bis 10 angegeben.

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

Fig. IA und !S in SchniitanFichten von oben und von der Seite eine erste Ausführung der Erfindung mit einer Wirbel-Einlaßkammer, deren Oberfläche vollständig in zwei Bearbeitungsgängen bearbeitet ist und

Fig.2A, 2B, 2C eine zweite Ausführung der Erfindung, -vobei eine vollständig bearbeitete Wirbel-15 Einlaßkammer einem dritten Bearbekungsgsf.. unterzogen worden ist, wobei F i g. 23 einer Schnitt "cn der Linie B-Bin Fi g. 2A und Fi g. 2C eineii Scr. '.it "ich der Linie A-A in F i g. 2B darstellen.

Die Fig. IA und IB zeigen ein. "usführung der Erfindung, bei welcher die ObprHi^iieii einer Wirbel-Einlaßkammer bearbeitet sind, ·„ -v'-irch Ungenauigkeiten und Rauhigkeit sogar bei grober Serie vermieden werden können.

In den F i g. 1A und IB ist der gegossene Zylinderkopf η mil einer inneren Aussparung versehen, die durch ein Formteil oder einen Kern geschaffen ist, wobei die Aussparung im wesentlichen die Gestalt der gewünschten Wirbel-Einlaßkamnier, jedoch mit ein venig Untermaß hat Der Zylinderkopf wird dann Bearbeitungsgängen unterzogen, wobei der Einlaßkanal 1OB als sich verjüngender Kanal mit Kreisquerschnitt in einem Bearbeitungsgang bearbeitet wird, während der Napf 125, der zum Ventilsitz 145 führt, als zylindrische Aussparung mit halbkugeligem oberen Abschnitt bearbeitet wird, durch weiche der Ventilschaft 135 koaxiai 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 1 Iß des Einlaßkanals 10ß von der Achse 155 Jes Napfes 125 um einen Abstand E versetzt ist und daß das innere Ende des 4 bearbeiteten Einlaßkanals sich abrupter verjüngt als der größte Teiä seiner Länge, indem dieses Ende einen abgerundeten Übergangsbereich i9B bildet, welcher sanft in die Seitenwand des Napfes 125; inläuft, so daß die Gasströmung aus dem Einlaßkanal sanft in den v.> Ringbereich 175 einströmen kann. Eine gepreßte Auskleidungshülse 20/? aus Stahl ist in das innere Ende des Einlaßkanals 105 mit Ft^ctsjtz in der bearbeiteten Wandoberfläche eingesetzt Die Auskleidungshülse 205 überragt teilweise die Schnittstelle zwischen dem Einlaßkanal WB und dem Napf t2B. um eine Ablenkflosse 21B zu bilden, die sich über den

DinrrKAroi/%h 17Rhin9iic in Ri/*htitrm auf ripn Vpntiic/^haft

erstreckt. Diese Ablenkflosse verhindert, daß die Gasströmung im Ringbereich 175 die Mündung des Einlaßkanals 105 kreuzt und den Eintritt von Frischgas in den Napf 125 stört. Falls erwünscht, kann der Einlaßkanal 1OB mit einem abgesetzten Ende gröDeren Öurchmessersversehen werden, um die Hülse 205 mit ihrer Innenwand mit dem übrigen nicht ausgekleideten Wandbereich des Einlaßkanals fluchten zu lassen.

Bei Wirbel-Einlaßkämmern beträgt der Versatz fder 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 155, so daß also eine Z'inahme des Verhältnisses E: Dir. vielen Fällen eine Zunahme der Verwirbelung bzw. des Dralles zur Folge hat Große Werte des Verhältnisses E: D könnten aber zu beträchtlichen Diskontinuitäten zwischen den bearbeiteten Oberflächen des Einlaßkanals und des Napfes führen, weiche durch die beiden Bearbeitungsgänge erzeugt sind.

Der Einlaßkanal 105 kann über seine ganze Länge konstanten Querschnitt aufweisen oder teilweise verjüngt sein und teilweise konstanten Querschnitt haben. Der Einlaßkanai muß nicht notwendig Kreisquerschnitt haben, sollte aber einen solchen Querschnitt haben, der spanend bearbeitbar ist

Die Achse 115 des Einlaßkanals 105 kann zur vertikalen Ventilachse 155 in jedem zweckmäßigen Winkel angeordnet sein, so daß eine Anpassung an besondere Schraubenanordnungen der jeweiligen Zylinderköpfe möglich ist

Zusätzlich zu der vorherrschenden schraubenlinienförmigen Ausbildung des durch die beschriebene Wirbel-Einlaßkammer erzeugten Wirbels w<rd durch die Einlaßkammer ein Richteffekt erzeugt Um diesen maximal auszunützen, ist erforderlich, daß der Einlaßkanal 105 korrekt bezüglich des Zylinders ausgerichtet ist. Um dies zu erreichen, sollte der Winkel β in Fig. IA größer als 45° und kleiner als 135° sein, β ist der zwischen der projizierten Verbindungslinie zwischen den Mitten des Zylinders 165 und des Ventilsitzes 125 sowie der Einlaßkanalachse 115 eingeschlossene Winkel, wobei die Einlaßkanalachse 115 die genannte Linie im Punkt P schneidet Der Winkel ä in F i g. 3B, welcher den Winkel der Einlaßkanalachse 115 bezüglich »horizontaler« Ebene parallel zum Ventilsitz definiert, sollte zwischen 0 und 70° liegen.

Die Auskleidungshülse 205 muß nichi Kreisquerschnitt haben und könnte an ihren Enden nahezu beliebige Gestalt haben. Der Betrag, um welchen diese Hülse in den Ringabschnitt 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 Größe der Auskragung der Auskieidungshü!sc bei jeder Einlaßkarnrnsr in djr Maschine unterschiedlich sein. Die Variation der Hülsengesfalt und/oder -anordnung kann so gewählt werden, daß den unterschiedlichen Wirkungen der Saugleitung auf die Verwirbelung in den verschiedeneil Zylindern derart Rechnung getragen wird, daß in jedem Zylinder gleiche Verwirbelung erzeugt wird.

Der obere Abschnitt des Napfes der Einlaßkammei muß nicht notwendig halbkugelförmig sein, wie Fig. IB zeigt, sondern könnte z. B. zylindrisch oder konisch achsensymmetrisch zur Ventilführungsachse 155 ausge-

Die F i g- 2A und 2C zeigen eine abgewandelte Ausführung, bei welcher das Verhältnis E:D größer aisinFig. 1 ist und riskominuiiäten durch einen drillen Bearbeitungsgang vermieden sind, bei welchem der Napf örtlich in seiner Seitenwand bei 22Cüber die beim ersten Bearbeiiungsgang; des Einlaßkanais: IOC erreichte Grenze 19C hinaus erweitert ist. Hierdurch ist eine teilkugelige Übergangsfläche 22C geschaffen, wodurch die Seitenwand des Eii.laßkanals sanft in die Seitenwand des Napfes 12C übergeht. Eine gepreßte Auskleidungs-

hülse 2OC aus Sishl mit einer auskragenden Ablenkflosse 21C ist in gleicher Weise vorgesehen wie bei der Ausführung nach den Fig- IA und IB. Die verschiedenen Teile der Konslruktion nach den F i g. 2A und 2C sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den j Fig. IA und IB, jedoch mit dem Zusalzbuchslabcn C anstelle des Zusatzbuchstabens B versehen.

Der erwähnte dritte Bearbeitungsgang muß nicht notwendig zu einer teilkugeiigen Gcstait wie bei 22C gezeigt führen, sondern es könnte auch jede andere zur to Wirbelerzeugung geeignete einspringende Form gewählt werden. Die einspringende Form, die kugelig oder anders sein kann, darf auch über das »Dach« des vorher bearbeiteten Ringbereiches !7Chinausragen.

Der dritte Bearbeitungsgang ermöglicht eine Vergrö- ι <, ßerung der Abmessung E auf 0,75 D und ferner eine Zunahme des Durchmessers des Einkißkanals iOC, wobei immer noch eine angepaßte Schnii »stelle mit dem Ringbereich beibehalten ist

Der Wirkteil der Auskleidungshülse 7QB oder 20C ist derjenige Teil 21B bzw. 21C, der in den Ringbereich 17S oder 17Cder Einla?kammer hineinragt, um die Barriere für den zirkulierenaen Gasstrom zu bilden, und dieser Wirktei! kann unterschiedliche Form haben. Da die Auskleidungshülse 20ß oder 2OC keine Last überträgt, >5 kann sie schwächer ausgebildet werden, als scfiematisch in den Zeichnungen angedeutet ist, und braucht nicht den gesamten Umfang des Einlaßkanals zu umgeben. In bestimmten Fällen kann die Auskleidungshülse 2OS bzw. 20Cvollständig weggeiassen werden. ' jo

Bei den Ausführungen gemäß den Fig.i und 2 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 Ausklei- r> dungshülse vorgesehen ist Während es notwendig oder mindestens wünschenswert ist, den inneren Endabschnitt des Einlaßkanals unter der Ajskleidungshülse zu bearbeiten, um zu gewährleisten, daß die Auskleidungshülse exakt sitzt, ist nicht wesentlich, daß die gesamte verbleibende Innenfläche der Einlaßkammer bearbeitet wird, [πι 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.

Es sollte z. B. 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 :n Richtung stromaufwärts vom Punkt Fin Fig.3A aus längs der Achse des Einlaßkanales gemessen ist Stromaufwärts der äußeren Grenze von Fkann die Einlaßkanaloberfläche ais Gußfiäche belassen werden.

Während der größere Teil der Innenfläche des Napfes der Einlaßkammer bearbeitet werden sollte, ist es möglich, daß ein kleinerer Teil seiner Oberfläche unbearbeitet bleibt, z. B. als Gußfläche belassen wird, ohne daß ein erheblicher Verlust an Reproduzierbarkeit der Wirbelerzeugung damit einherginge.

Es ist z. B. bei der Anordnung nach den F i g. 2A, 2B und 2C möglich, die örtliche Erweiterung in der Seitenwand des Napfes bei 22Cwährend des Gießens zu formen und unbearbeitet zu lassen, während der übrige Teil der Innenfläche des Napfes im zweiten Bearbeitungsga;.«; feinbearbeitet wird.

Es ist auch darauf hinzuweisen, daß bei beiden Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 bei der wie oben beschrieben der Zylinderkopf anfänglich mit einer Untermaß aufweisenden Aussparung gegossen und die so gebildete Grabgestalt der Wirbeieiniaßkammer 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ί 2 Patentansprüche: ^«ο£*. 10Q, der sich vom Einlaßende über eben mindestens den innendurchmesser (D) des Einlaß-

1. Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftma- Ventilsitzes (145, 14C) entsprechenden Abstand schine mit innerer Verbrennung mit mindestens erstreckt, eine vollständig mittels der Auskleidungseiner Wirbel-Einlaßkammer, weiche eine als nach 5 hülse (2OB, 20C) ausgekleidete innere Oberfläche unten gekehrter Napf gestaltete Kammer mit einem oder eine teilweise bearbeitete bzw. teilweise um den Rand des Napfes sich erstreckenden ausgekleidete Oberfläche hat.
ringförmigen Ventilsitz an der offenen Unterseite, 9. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenneine Ventilführung für den Schaft eines zugehörigen zeichnet, daß die Oberfläche des Napfes (ViC) Tellerventils im Napfbeden zur Bildung eines den 10 bearbeitet ist, und daß die Oberfläche der Ausspa-Ventilschaft umgebenden Ringraumes im Inneren rung (22Q eine Gußoberfläche hat
des Napfes sowie einen den Napf asymmetrisch 10. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis oberhalb des Ventilsitzes anschneidenden geradlini- 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderkopf gen Einlaßkanal aufweist, dessen stromabwärts die Auskleidungshülsen (2QB, 2QC) der Wirbel-Eingelegenes Ende in Längsprojektion zur Achse des 15 taßkammem, weiche verschiedenen Zylindern der Ventilschaftes versetzte Achsenlage aufweist, d. h. Maschine zugeordnet sind, unterschiedlich gestaltet mindestens teilweise auf einer Seite der Achse der und/oder in ihren entsprechenden Wirbel-Einlaß-Ventilführung liegt, um die Wirbelbildung der in den kammern unterschiedlich angeordnet sind.
Ringraum des Napfes eingelassenen Gase vor deren

Auslaß über den Ventilsitz zu begünstigen, da- 20

durch gekennzeichnet, daß eine Auskieidungshülse (2QB; 2QC) in den stromabwärts gelegenen Endabrchnitt des Einlaßkanals (105; 1OQ Die Erfindung betrifft den Zylinderkopf einer eingeseizt hi und daß der der Achse (155; tSC) des Hubkolben-Brennkraftmaschine mit innerer Verbren-Ventilschaftes (135; 13Q nächstgelegene Teil der 25 nung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auskleidungshülse, welcher über die Umfangsfläche Bei einem bekannten Zylinderkopf dieser Art (DE-AS (HB; UC) des Napfes nach innen vorragt, eine 12 72 627) ist der den Napf anschneidende Teil des Ablenkflosse (21B; 2IC) unmittelbar benachbart Einlaßkanals bearbeitet. Dies ist wegen der schlechten dem offenen inneren Ende des Einlaßkanals bildet. Zugänglichkeit aufwendig. Bei dem bekannten Zyünder-

Z Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 30 kopf kann es ferner αϊ Störungen, des das Ende des

zeichnet, daß der Napf (l?B; \2C) eine bearbeitete Einlaßkanals verlassenden und in den Napf einströmen-

Innenfläche mit Kreisquerschnitt in Ebenen senk- den Gases, durch den wirbelnden Gasstrom kommen,

recht zur Achse (155; 15Q des Ventilschaftes (135; Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

13Q aufweist und daß die Längsprojektion desjeni- gattungsgemäßen Zylinderkopf so auszubilden, daß eine

gen SeitenwandteiJes des geraden Einlaßkanais y\ gute Verwirbelung der in die Brennkammern der

(105; 1OQ, der am weitesten »on der Achse (155; Maschine eintretenden Frischgase bei zufriedenstellen-

15Q des Ventilschaftes (135; 13Q entfernt ist, den der Reproduzierbarkeit der Verhältnisse bei anderen

Napf (125; 12Q nicht anschneidet, sondern in die im Zyiinderköpfen erzielt ist, wobei eine einfache Herstell-

Querschnitt kreisförmig bearbeitete Fläche des barkeit gewährleistet sein solL

Napfes über eine konkav gekrümmte Übergangsflä- 40 Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen

ehe (105; 22Q übergeht Einrichtung durch die kennzeichnenden Meikmale des

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Anspruchs 1 gelöst

zeichnet, daß der Hauptteil der Übergangsfläche Die Auskleidungshülse erübrigt einerseits eine hocfo-

von einer torusförmigen Aussparung (22Q gebildet präzise Bearbeitung des Einlaßkanais an dieser Stelle

ist 45 und gewährleistet andererseits Reproduzierbarkeit der

4. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekenn- Verhältnisse.

zeichnet, daß die torusförmige Aussparung (72C) in nj_e in der Auskieidungshülse vorgesehene Abicnk-

die im Querschnitt kreisförmige Fläche des Napfes flosse lenkt den wirbelnden Gasstrom so afc, daß er nicht (12Qeingearbeitetist die geradlinige Strömung der über den Einlaßkanal

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 50 kommenden Frischgase stör«.

dadurch gekennzeichnet, daß der Napf (125; 12Q— Durch Vorsehen der Auskieidungshülse und Nutzen

ausschließlich der Aussparung (22Q, sofern diese eines Teils ihrer Wand zur Schaffung der Ablenkflosse

vorgesehen ist — einen unteren zylindrischen ist die Bildung des Napfes und des Kanals im

Abschnitt und einen in diesen übergehenden. Zylinderblock gegenüber dem Stand der Technik ganz gewölbten oberen Abschnitt aufweist, wobei der 55 erheblich erleichtert und verbessert

Ventilsitz (14Q am unteren Rand des zylindrischen Zum Beispiel kann die Wirbel-Einlaßkammer durch

unteren Abschnittes gelegen ist Bearbeiten der Napfoberfläche mit Kreisquerschnitt

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