DE4009716A1

DE4009716A1 - Swirl chamber in cylinder head - is formed by insert with knurled outside surface

Info

Publication number: DE4009716A1
Application number: DE4009716A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing Grad Helfers; Klaus Dieckhoff
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1990-10-18

Abstract

The IC engine has a swirl chamber (3) formed by a recess (4) in the underside of the cylinder head. There is an insert (2) fitted into the cylindrical bore (10) which forms part of the recess. The insert (2) is prevented from rotating relative to the cylinder head by knurling the OD of that part (9) of the insert (2) which is in contact with the bore of the recess. The dia. of the part (9) of the insert is a press fit in the bore of the recess so that the insert is held securely in place. USE - Swirl chamber for cylinder head of IC engine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur verdrehsicheren Halterung einer Vor- oder Wirbelkammer in dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to an arrangement for secure against rotation Holding a front or swirl chamber in the cylinder head an internal combustion engine according to the preamble of the patent saying 1.

Bei herkömmlichen Ausführungen von Brennkraftmaschinen mit geteilten Brennräumen, beispielsweise von Dieselmotoren, die mit einer Wirbelkammer ausgerüstet sind, erfolgt die verdreh sichere Fixierung der Wirbelkammer in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in der Regel durch Kugeln oder andere Fixier elemente. Nun hat sich jedoch gezeigt, daß beispielsweise bei Verwendung von Fixierkugeln diese mitunter die gewünschte Ver drehsicherung nicht auf Dauer bewirken können. So sind bei besonders hohen Belastungen Fälle aufgetreten, bei denen trotz Vorhandenseins der Fixierkugeln eine Verdrehung des Einsatzes in dem Zylinderkopf erfolgte, wobei die Kugel sich in das Ma terial des Zylinderkopfes eingegraben hatte. Solche Verdrehungen des Einsatzes führen aber zu einer Veränderung der Schußrichtung des Überströmkanals und damit zu einer nachteiligen Veränderung der Verbrennungsverhältnisse in dem Hauptbrennraum der Brenn kraftmaschine. With conventional designs of internal combustion engines with shared combustion chambers, for example of diesel engines, the are equipped with a swirl chamber, the twisting takes place secure fixation of the swirl chamber in the cylinder head of the Internal combustion engine usually by balls or other fixation elements. However, it has now been shown that, for example, at Use of fixing balls sometimes the desired ver cannot cause rotation lock in the long run. So are at particularly high stress cases occurred in which despite Presence of the fixing balls a twist of the insert in the cylinder head, with the ball in the Ma material of the cylinder head. Such twists of use, however, lead to a change in the direction of the shot the overflow channel and thus to an adverse change the combustion conditions in the main combustion chamber of the burner engine.

Andererseits ist es auch bereits bekannt, einen solchen Einsatz durch eine Preßpassung, die dort im mittleren Bereich des Ein satzes vorgesehen ist, in dem Zylinderkopf festzulegen. Solche Preßpassungen dürfen aber nicht zu stramm sein, um nicht plasti sche Deformationen des Zylinderkopfmaterials hervorzurufen. Während nämlich der Einsatz in der Regel aus einem warmfesten Stahlwerkstoff besteht, liegt der Zylinderkopf im allgemeinen als Aluminiumgußlegierung vor. Bei plötzlichen Temperaturän derungen, wie sie bei Brennkraftmaschinen zum Beispiel während hoher Beschleunigungen auf Vollast oder während des Warmlau fes auftreten, kann nun bei solchen durch Preßpassungen gehal tenen Einsätzen infolge der stark unterschiedlichen Wärmedehnungs koeffizienten des Zylinderkopf- und des Einsatzmaterials eine Lockerung der Preßpassung in der Abkühlungsphase und dadurch wiederum die Gefahr der Verdrehung des Einsatzes entstehen.On the other hand, it is already known to use such a device by a press fit, which is there in the middle of the Ein is provided set in the cylinder head. Such But press fits must not be too tight, so as not to be plasti causing deformations of the cylinder head material. While the use is usually from a heat-resistant Steel material, the cylinder head is generally as a cast aluminum alloy. With sudden temperature changes changes, such as during internal combustion engines, for example high accelerations at full load or during Warmlau fes occur, can now be due to press fits uses due to the very different thermal expansion coefficients of cylinder head and feed one Loosening the press fit in the cooling phase and thereby again there is a risk of the insert being twisted.

Ausgehend von dieser Situation ist daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin zu sehen, eine Anordnung zur verdrehsicheren Halterung einer Wirbelkammer im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der mit möglichst einfachen Mitteln eine weitgehend sichere Lagefixierung des Einsatzes in dem Zylinderkopf gewährleistet ist.Based on this situation, the invention is therefore underlying task to see an arrangement for twist-proof mounting of a swirl chamber in the cylinder head to create an internal combustion engine in which with as possible simple means a largely secure fixation of the Use in the cylinder head is guaranteed.

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene, im Bereich der Preßpassung ange ordnete Rändelung wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Einsatz und dem Zylinderkopf erreicht, die aufgrund der Vielzahl der Rändelungszähne und der sich bildenden Gegenzähne in der Summe mit einer großen Fläche ausgestattet ist. Die Folge ist, daß Verdrehungen des Einsatzes auch bei großen Tem peraturänderungen und großen an dem Einsatz wirksamen Kräften praktisch nicht mehr möglich sind.The solution to this problem is through the in the characteristic of Features specified claim 1 achieved. Through the provided according to the invention, in the press fit area orderly knurling becomes a positive connection between the insert and the cylinder head achieved due to the Variety of knurled teeth and counter teeth forming is equipped with a large area. The The result is that twists of the insert even at high temperatures changes in temperature and large forces effective in the application are practically no longer possible.

Es ist zwar theoretisch möglich, die Rändelung an der Innen kontur des Zylinderkopfes anzubringen, jedoch ist es wesentlich zweckmäßiger und vorteilhafter, diese Rändelung am Außenumfang des Einsatzes vorzusehen. In diesem Fall kann dann die Rändelung sich beim Einsetzen des Einsatzes in den Zylinderkopf in das weichere Material des Zylinderkopfes eingraben und so die ge wünschte Formschlußverbindung herstellen. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich gemäß den Merkmalen der übrigen Unteransprüche.It is theoretically possible to knurl the inside contour of the cylinder head, but it is essential More expedient and advantageous, this knurling on the outer circumference of use. In this case the knurling can then itself when inserting the insert into the cylinder head Dig in softer material of the cylinder head and so the ge Establish the desired positive connection. More appropriate Embodiments result from the characteristics of the others Subclaims.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigenIn the drawing is an embodiment of the invention shown, which is explained in more detail below. Show

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine in einen Zylinder kopf einer Brennkraftmaschine angeordnete Wirbel kammer mit der erfindungsgemäßen Halterung des Einsatzes in dem Zylinderkopf und Fig. 1 shows a longitudinal section through a swirl chamber arranged in a cylinder head of an internal combustion engine with the holder of the insert according to the invention in the cylinder head and

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Einsatz. Fig. 2 is a plan view of the insert.

In der Zeichnung ist mit 1 der beispielsweise aus einer Aluminium gußlegierung bestehende Zylinderkopf der hier nicht weiter gezeigten Brennkraftmaschine, beispielsweise einer Diesel-Brenn kraftmaschine, gezeigt. Der Zylinderkopf 1 weist eine Wirbel kammer 3 auf, die teilweise durch eine etwa halbkugelförmige Ausnehmung 4 des Zylinderkopfes 1 und zum anderen Teil durch eine Ausnehmung 5 in einem in dem Zylinderkopf 1 gehaltenen Einsatz 2 gebildet ist. Die aus den beiden ineinander über gehenden Ausnehmungen 4, 5 bestehende Wirbelkammer 3 steht über einen am Boden des Einsatzes 2 angeordneten Überströmkanal 6 mit der hier nicht weiter dargestellten Hauptbrennkammer der Brennkraftmaschine in Verbindung.In the drawing, the cylinder head of the internal combustion engine (not shown further here), for example a diesel internal combustion engine, is shown at 1, for example made of an aluminum casting alloy. The cylinder head 1 has a swirl chamber 3 , which is partially formed by an approximately hemispherical recess 4 of the cylinder head 1 and the other part by a recess 5 in an insert 2 held in the cylinder head 1 . The swirl chamber 3 , consisting of the two mutually merging recesses 4 , 5 , is connected via an overflow channel 6 arranged at the bottom of the insert 2 to the main combustion chamber of the internal combustion engine (not shown further here).

In den durch die Ausnehmung 4 des Zylinderkopfes 1 gebildeten Teil der Wirbelkammer 3 ragen Aufnahmebohrungen 12 und 13 für eine hier nicht gezeigte Glühkerze und eine hier ebenfalls nicht dargestellte Einspritzdüse hinein.In the part of the swirl chamber 3 formed by the recess 4 of the cylinder head 1 , receiving bores 12 and 13 protrude for a glow plug (not shown here) and an injection nozzle (also not shown here).

Der Einsatz 2 weist in seinem Bodenbereich einen Flansch 7 auf, der beim Einsetzen in eine entsprechende zylindrische Ausnehmung des Zylinderkopfes 1 an einer Schulter 8 des Zylinderkopfes 1 zur Anlage kommt. Im mittleren Bereich des Einsatzes 2, der hier durch die Bezugsziffer 10 angedeutet ist, ist am Außenumfang des Einsatzes 2 eine aus der Fig. 2 ersichtliche Rändelung vorgesehen, deren Zähne im wesentlichen vertikal ausgerichtet sind. Diese Rändelung ist hier nicht über den gesamten Umfang des Einsatzes angebracht, sondern nur über Teilbereiche, wobei hier, wie die Zeichnung zeigt, zwei einander diametral gegenüberliegende Umfangsbereiche von jeweils etwa 90° mit der Rändelung 9 versehen sind. Der obere Teil des Einsatzes, der in der Fig. 1 mit 11 bezeichnet ist, weist an seinem Außenumfang gegenüber der Rändelung einen Rück sprung auf, so daß zwischen der Außenkontur des Einsatzes und der entsprechenden zylindrischen Innenkontur des Zylinderkopfes ein kleines Spiel vorhanden ist.The insert 2 has in its bottom region a flange 7 which comes into contact with a shoulder 8 of the cylinder head 1 when inserted into a corresponding cylindrical recess in the cylinder head 1 . In the central region of the insert 2 , which is indicated here by the reference number 10 , a knurling, which can be seen in FIG. 2, is provided on the outer circumference of the insert 2 , the teeth of which are oriented essentially vertically. This knurling is not applied over the entire circumference of the insert, but only over partial areas, here, as the drawing shows, two diametrically opposite circumferential areas of approximately 90 ° each are provided with the knurling 9 . The upper part of the insert, which is designated in Fig. 1 with 11 , has on its outer circumference against the knurling a jump back, so that there is a small game between the outer contour of the insert and the corresponding cylindrical inner contour of the cylinder head.

Die Innenabmessungen der für die Aufnahme des Einsatzes 2 vor gesehenen zylindrischen Ausnehmungen des Zylinderkopfes und die Außenabmessungen des Einsatzes 2 sind nun so aufeinander abgestimmt, daß sich in dem mittleren Bereich 10, in dem auch die Rändelung 9 an dem Einsatz vorhanden ist, eine Preßpassung ergibt. Bei der Montage kann dabei entweder der Einsatz axial eingedrückt werden, wobei dann die Rändelungszähne sich in das Material des Zylinderkopfes 1 eingraben und dort entspre chende Gegenzähne bilden oder aber der Einsatz wird unterkühlt eingesetzt bzw. ohne wesentliche Unterkühlung in den erwärmten Zylinderkopf 1 eingesetzt, wobei dann bei der Anpassung der Temperaturen die Zähne der Rändelung 9 sich in das Material des Zylinderkopfes eingraben. In allen Fällen könnte das in der Fig. 1 mit 14 bezeichnete Zapfenloch, von dem auch mehrere vorgesehen sein könnten, eine Hilfe bei der Lagefixierung des Einsatzes sein. So könnte beispielsweise bei einem automati schen Einbau des Ansatzes 2 ein Greifer in das Zapfenloch 14 eingreifen und so den Einsatz 2 immer in der richtigen Lage in den Zylinderkopf 1 einsetzen.The internal dimensions of the cylindrical recesses of the cylinder head seen for the insertion of the insert 2 and the external dimensions of the insert 2 are now coordinated with one another in such a way that an interference fit results in the central region 10 , in which the knurling 9 is also present on the insert . During assembly, the insert can either be pressed axially, the knurling teeth then digging into the material of the cylinder head 1 and forming corresponding counter teeth there, or the insert is inserted undercooled or inserted into the heated cylinder head 1 without significant undercooling, whereby then, when adjusting the temperatures, the teeth of the knurling 9 dig into the material of the cylinder head. In all cases, the mortise, designated 14 in FIG. 1, of which several could also be provided, could be of help in fixing the insert. For example, with an automatic installation of the attachment 2, a gripper could engage in the mortise 14 and thus always insert the insert 2 in the correct position into the cylinder head 1 .

Die Rändelung 9 an dem Einsatz 2 könnte nach der Fertigung des Einsatzes, beispielsweise durch eine zusätzliche spanabhe bende Bearbeitung aufgebracht werden. In diesem Fall wäre es beispielsweise ohne weiteres möglich, die Rändelung über den gesamten Umfang der Außenkontur des Einsatzes 2 vorzusehen. Eine besonders einfache und wirtschaftliche Lösung ergibt sich jedoch, wenn die Rändelung schon während der Herstellung des Einsatzes, beispielsweise als Feingußteil, miteingeformt wird. In diesem Fall würde es sich aus Gründen einer einfacheren Gußformteilung anbieten, die Rändelung, wie in der Fig. 2 gezeigt, nur an zwei diametral gegenüberliegenden und nur über einen Bereich von etwa 90° sich erstreckenden Umfangsbereichen vorzusehen. Bei einem solchen Eingießen der Rändelung wäre es aus Toleranzgründen sinnvoll, anschließend im Rahmen der sonstigen Bearbeitung des Einsatzes auch die Rändelung gering fügig zu überschleifen.The knurling 9 on the insert 2 could be applied after the manufacture of the insert, for example by an additional machining machining. In this case it would be possible, for example, to provide the knurling over the entire circumference of the outer contour of the insert 2 . A particularly simple and economical solution results, however, if the knurling is also molded during the manufacture of the insert, for example as an investment casting. In this case, for reasons of a simpler mold division, it would be advisable to provide the knurling, as shown in FIG. 2, only on two diametrically opposed circumferential regions which only extend over a range of approximately 90 °. If the knurling was poured in this way, it would make sense for tolerance reasons to subsequently slightly grind the knurling as part of the other processing of the insert.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß hier durch einfache Mittel eine form schlüssige Verbindung zwischen dem Einsatz und dem diesen umge benden Zylinderkopf mit relativ großer Fläche hergestellt wird, so daß Verdrehungen des Einsatzes auch bei größeren auftretenden Kräften und höheren Temperaturen kaum auftreten können. Zudem entfallen besondere separat vorgesehene Fixierelemente, bei denen immer auch die Gefahr des versehentlichen Weglassens bei der Montage bestehen. Auch sind diese besonderen Fixier elemente, wie zum Beispiel Kugeln oder Nasen, sehr toleranz empfindlich, was bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung nicht der Fall ist.The main advantage of the configuration according to the invention arises from the fact that here a form by simple means conclusive connection between the application and the other The cylinder head is manufactured with a relatively large area, so that twists of the insert occur even with larger ones Forces and higher temperatures can hardly occur. In addition there are no special separately provided fixing elements who always face the risk of being accidentally omitted exist during assembly. These are also special fixatives elements, such as balls or noses, very tolerant sensitive to what is proposed in the solution according to the invention is not the case.

Claims

1. Arrangement for the torsion-proof mounting of a front or swirl chamber formed by a metallic insert in the cylinder head of an internal combustion engine working with a divided combustion chamber by means of a press fit, characterized in that in the area of the press fit ( 10 ) one of the mutually assigned surfaces of the insert ( 2 ) or the cylinder head ( 1 ) has knurling ( 9 ) on at least part of its circumference.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the knurling ( 9 ) is attached to the outer circumference of the insert ( 2 ).

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the knurling ( 9 ) extends only over partial areas of the circumference.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the knurling ( 9 ) extends over two diametrically opposite circumferential areas of about 90 ° each.

5. Arrangement according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the knurling ( 9 ) is applied by machining.

6. Arrangement according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the knurling ( 9 ) is molded during the casting of the insert ( 2 ).