DE3523194A1 - Drallerzeugender einlasskanal in leichtmetall-zylinderkoepfen insbesondere fuer luftgekuehlte brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drallerzeugenden Einlaßkanal für die Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine mit ei­ ner am Übergang in die Ventilkammer angeordneten Zunge zur Verstärkung des Dralls.

Der Einlaßkanal ist im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert. Durch den Einlaßkanal und dem geöffneten Ein­ laßventil wird die Verbrennungsluft für die Brennkraftma­ schine während des Ansaugtaktes angesaugt.

Heute in Großserie gebaute Brennkraftmaschinen besitzen vielfach keine Maßnahmen im Einlaßkanal zur gezielten Strömungsbeeinflussung. Es ist bekannt und in vielen An­ wendungsfällen vorteilhaft, bei Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung, besonders bei kleineren Zylinder­ durchmessern und bei höheren Drehzahlen, wenn die Verbren­ nungsluft turbulent und in Rotation versetzt in den Zylin­ der gelangt.

Ein Einlaßkanal, der diese Wirkung erzielt, ist aus der DE-AS 19 56 350 bekannt. Die Strömungsbeeinflussung (Drallerzeugung) geschieht durch eine mechanisch bearbei­ tete Zunge am Übergang vom ventilkammerseitigen Ende zum Einlaßkanal. Die Oberfläche der bearbeiteten Fläche ver­ läuft in Richtung der einströmenden Luft. Die Lage und Tiefe der bearbeiteten Zunge muß der jeweiligen Brenn­ kraftmaschine angepaßt werden.

Diese spezielle Einlaßkanalausbildung ist jedoch nicht auf Leichtmetall-Zylinderköpfe (Aluminium) Übertragbar. Gieß­ technisch ist eine in den Kanal ragende scharfe Kante (Zunge) nicht realisierbar. Damit eine Gußwand beim Alumi­ niumgießen voll auslaufen kann, ist eine Mindestwandstärke von 2 mm erforderlich. Eine mechanische Bearbeitung nach dem Abguß einer schlecht ausgelaufenen Aluminiumwand ist wenig sinnvoll, da keine exakt bestimmbare Kante erzielbar ist. Als Strömungsabrißkante ist ein so ausgebildeter Übergang ungeeignet, weil nicht scharfkantig genug. Die Anwendung bei Leichtmetall-Zylinderköpfen scheidet damit aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei Leichtmetall-Zylinderköpfen (Aluminium) ohne weitere Nach­ arbeit und ohne große Toleranzunterschiede eine Zunge zur Turbulenzanregung vorzusehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zunge als Eingußteil ausgebildet im Zylinderkopf eingegos­ sen ist. Das Eingußstück wird im Einlaßkanal am Übergang vom Spiralkanal zur vertikalen Ventilkammer angebracht. Der Kanalquerschnitt verjüngt sich an dieser Stelle und erfährt durch das in diesem Bereich angebrachte Einguß­ stück eine noch verstärkte Umlenkung und Drallerzeugung. Die genaue Ausführungsform des Eingußstückes kann durch Versuche bestimmt werden, indem mit Hilfe eines Soll-Ist- Vergleichs die Drallwirkung bzw. Wirbeldrehzahl der durch einen solchen Einlaßkanal geleiteten Luft gemessen wird.

Auf die jeweilige Motorkonstruktion kann die Drallerzeu­ gung abgestimmt werden. Das Eingußteil bietet dazu die Ge­ währ, daß die Toleranzunterschiede vernachlässigbar klein bleiben und keine Nacharbeit notwendig wird. Ein so von der Größe und Lage optimiertes Eingußstück ist problemlos gießtechnisch insbesondere in einen Leichtmetall-Zylinder­ kopf (Aluminium) einzubringen, ebenso die erforderliche Kernanpassung für den Einlaßkanal. Beide Maßnahmen sind in bereits bestehende Einrichtungen bzw. Modelle und Kerne ohne großen Aufwand einfügbar.

Das in den Einlaßkanal ragende Eingußteil ist vorteilhaft aus hitzebeständigem Stahlblech gefertigt. Ein Stahlblech ist leicht in ein vorhandenes Modell vor dem Abguß einzu­ bringen und hat den Vorteil, daß es gut an die strömungs­ bedingten Erfordernisse anzupassen ist.

Weiter ist bei dieser Erfindung alternativ an ein Einguß­ teil aus Keramik gedacht. Es bietet die Gewähr, einer ab­ soluten Formstabilität während des Abgußes. Die glatte Oberfläche von Keramik wirkt sich darüberhinaus positiv auf den gewollten Strömungseffekt der Ansaugluft im Ein­ laßkanal aus, Abriß der Strömung und turbulentes Einleiten in den Zylinder, weiter wirkt Keramik nicht widerstandser­ höhend auf die Ansaugluft, die durch den Einlaßkanal strömt.

Das in den Zylinderkopf aus Leichtmetall (Aluminium) be­ findliche Eingußstück, vorteilhaft aus hitzebeständigem Stahlblech oder aus Keramik bewirkt eine Drallwirkung und eine Turbulenz der Ansaugluft. Eine starke Turbulenz der Ansaugluft führt zu einer schnelleren, intensiveren Durch­ mischung mit dem Kraftstoff und damit zu einer beschleu­ nigten Verbrennung unter Vermeidung größerer Unterschiede im Luft-Kraftstoffverhältnis, innerhalb des Brennraums. Weiter werden die schädlichen Komponenten in den Abgasen der Brennkraftmaschine, durch eine turbulente Drehströmung der einströmenden Verbrennungsluft vermindert.

Als vorteilhaft hat sich eine sichelförmige Ausgestaltung des Eingußteiles erwiesen, bei der das Eingußteil aus der Begrenzungswand des Einlaßkanals austritt und dann in ei­ nem bestimmten Abstand um die Ventilführung geführt wird.

Eine zweite Ausführungsform des Eingußteils gleicht einem Kreissegment. Das Eingußteil tritt aus der Einlaßkanalwand aus und umschlingt etwa halbkreisförmig die Einlaßventil­ führung.

An eine weitere Ausbildung ist gedacht, in dem das Einguß­ teil als S-bogenförmiges Bauteil in den Einlaßkanal einge­ gossen wird. Diese Gestaltung paßt sich weitestgehend der Kontur im Einlaßkanal an im Übergangsbereich vom Spiralka­ nal zur Ventilkammer, dort wo das Eingußteil angebracht wird. Mit dieser Formgebung ergibt sich die stärkste Ein­ flußnahme auf die unterschiedlichen Strömungsverhältnisse, die in dem Übergangsbereich herrschen, über den Quer­ schnitt gesehen. Die gewollte Umlenkung der Strömung und damit Drallerzeugung kann so verstärkt werden. Diese Aus­ bildung des Eingußteils kann durch Kombination der Sichel­ form mit der Kreissegmentform erzielt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die ein Aus­ führungsbeispiel der Erfindung darstellen.

Es zeigt:

Fig. 1 die Schnittzeichnung eines luftgekühlten Leicht­ metall-Zylinderkopfs mit einem spiralförmigen Ein­ laßkanal und einem Eingußteil zur Drallerzeugung,

Fig. 2 einen luftgekühlten Leichtmetall-Zylinderkopf mit Sicht auf die Brennraumseite,

Fig. 3 einen Teilschnitt aus dem Zylinderkopf, der die Lage des drallerzeugenden Eingußteils aufzeigt.

Die Fig. 1 zeigt einen im Schnitt durch den Einlaßkanal 2 dargestellten luftgekühlten Zylinderkopf 1. Der als Spi­ ralkanal ausgebildete Einlaßkanal 2 wird von der Zylinder­ kopfoberseite schräg durch den Zylinderkopf 1 geführt und mündet in der vertikal angeordneten Ventilkammer 4. Die Ventilkammer geht anschließend in den Ventilsitz 5 über. Wie Fig. 2 zeigt, befinden sich die Ventile achsversetzt vertikal zur Zylindermitte 8, siehe Einlaßventilöffnung 6 und Auslaßventilöffnung 7, aber gleichachsig auf der hori­ zontalen Achse. Die Formgebung des Einlaßkanals 2 als Spi­ ralkanal bewirkt bereits eine gewisse Drallbildung der An­ sauglauft, die in Richtung des Pfeils A, Fig. 1, durch den Einlaßkanal 2 strömt. Im Übergangsbereich vom Einlaßkanal 2 zur Ventilkammer 4 wird die Ansaugluft über die scharf­ kantige Zunge (Eingußteil 3) geführt, die als Abrißkante dient und gleichzeitig den Drall der Ansaugluft verstärkt sowie in Turbulenz versetzt. Eingegossen im Zylinderkopf 1 bildet das Eingußteil 3 selbst den Übergang. In Fig. 1 ist das aus der Kanalwand heraustretende Teil des Eingußteils 3 dargestellt. Auf der nach innen gerichteten Begrenzungs­ wand des Einlaßkanals 2 im Zylinderkopf 1 ist das Einguß­ teil 3 eingegossen. Fig. 2 zeigt durch die Einlaßventil­ öffnung 6 das Eingußteil 3, schraffiert gezeichnet. Das Eingußteil ist S-bogenförmig ausgebildet. Es tritt aus der nach innen gerichteten Begrenzungswand im Zylinderkopf des Einlaßkanals 2 hervor und verläuft dann fast halbkreisför­ mig an der Ventilführung vorbei und endet dann leicht die Kreisbogenform verlassend auslaufend in der Begrenzungs­ wand des Einlaßkanals 2. Diese Gestaltung des Eingußteils in Größe und Lage ist gut auf eine Brennkraftmaschine ab­ stimmbar und zu optimieren durch Strömungsversuche und Messung der Wirbeldrehzahlen. Gießtechnisch ist es be­ herrschbar, da das Eingußteil 3 entsprechend tief im Zy­ linderkopf 1 gehalten wird, siehe Fig. 3. Ein mit dem Ein­ gußteil 3 versehener Einlaßkanal bewirkt die gewünschte Drallerzeugung und Turbulenz der Ansaugluft und damit die gewollte, beschleunigte Verbrennung in Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung.

Claims (6)

1. Drallerzeugender Einlaßkanal für die Verbrennungs­ luft einer Brennkraftmaschine mit einer am Übergang in die Ventilkammer angeordneten Zunge zur Verstärkung des Dralls, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (3) als Eingußteil ausgebildet, im Zylinderkopf eingegossen ist.

2. Drallerzeugender Einlaßkanal nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Eingußteil aus einem hitze­ beständigen Stahlblech besteht.

3. Drallerzeugender Einlaßkanal nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Eingußteil aus einem kerami­ schen Werkstoff besteht.

4. Einlaßkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Zylinderkopf (1) eingegossene Eingußstück (3) sichelförmig ausgebildet ist.

5. Einlaßkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Zylinderkopf (1) eingegossene Eingußstück (3) die Form eines Kreissegmentes aufweist, das die Bohrung der Einlaßventilführung etwa halbkreisförmig umschlingt.

6. Einlaßkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zylinderkopf (1) eingegossene Leitfläche (3) S-bogenförmig ausgeführt ist.