DE4209599C2 - Exhaust port arranged in the cylinder head of an internal combustion engine - Google Patents
Exhaust port arranged in the cylinder head of an internal combustion engineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneten Auslaßkanal mit einem Innenrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine arranged outlet channel with an inner tube according to the Preamble of claim 1.
Aus der DE 26 60 451 C2 ist bereits ein gattungsgemäßer, im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordneter Auslaßkanal bekannt, in dem zur thermischen Isolierung der Abgase zum Zylinderkopfgehäuse ein Innenrohr mit einem Abstand zur Kanal- Wandung in dem Auslaßkanal angeordnet ist. An dieser Lösung ist es nachteilig, daß das Innenrohr durch ein zusätzliches Blechteil und einen Haltering auf einer in den Auslaßkanal hineinragenden Ventilführung gehalten werden muß. Im weiteren wird die isolierende Wirkung dadurch gemindert, daß ein unmittelbar an das Auslaßventil anschließender Kanalabschnitt über keine Isolierung verfügt und am eintrittsseitigen Rohrabschluß des Innenrohres ein durchströmbarer Spalt zu dem Isolierraum zwischen Innenrohr und Gehäusewand vorhanden ist.From DE 26 60 451 C2 there is already a generic one in the cylinder head an internal combustion engine arranged exhaust duct known in the thermal insulation of the exhaust gases to the cylinder head housing an inner tube at a distance from the sewer Wall is arranged in the outlet channel. At this solution is it disadvantageous that the inner tube by an additional sheet metal part and a retaining ring on one in the outlet duct protruding valve guide must be kept. In the further the insulating effect is reduced by the fact that a Channel section directly adjoining the outlet valve has no insulation and on the inlet side Pipe closure of the inner tube a flowable gap to the There is an insulating space between the inner tube and the housing wall.
Ferner ist aus der DE 29 48 910 A1 ein Zylinderkopf mit einem im Auslaßkanal angeordneten Innenrohr als Wärmeisolierung bekannt, das eintrittsseitig im Bereich des Ventilsitzes sowie der Ventilführung fixiert ist, wobei die Fixierung beim Gießen des Zylinderkopfes durch Eingießen von am Innenrohr vorhandener bundartige Ansätze erreicht wird.Furthermore, from DE 29 48 910 A1 a cylinder head with a Outlet duct arranged inner tube known as thermal insulation, the inlet side in the area of the valve seat and the Valve guide is fixed, the fixation when casting the Cylinder head by pouring existing on the inner tube fringe approaches is achieved.
Infolge unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen Zylinderkopf und Innenrohr ist die Dauerhaltbarkeit dieser Verbindung nicht gewährleistet.As a result of different thermal expansions between the cylinder head and inner tube is not the durability of this connection guaranteed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf derart weiter zu entwickeln, daß einerseits eine durchgängige Isolierung über den gesamten Verlauf des Auslaßkanals und andererseits eine gegen Wärmedehnungen widerstandsfähige Fixierung des Innenrohres im Auslaßkanal erreicht wird.The invention has for its object a To further develop the cylinder head so that on the one hand continuous insulation over the entire course of the Outlet channel and on the other hand against thermal expansion resistant fixation of the inner tube in the outlet duct is achieved.
Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.The task is in a generic device by the in the characteristics of Features specified claim 1 solved.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird das Innenrohr neben seiner austrittsseitigen Halterung an einem eintrittsseitigen Rohrabschnitt zwischen dem Ventilsitzring und einem dem Ventilsitzring gegenüberliegenden Anschlag eingespannt und in seiner Lage zuverlässig fixiert, wobei sich der Anschlag aus der in den Auslaßkanal hineinragenden Ventilführung und der von der Ventilführung durchragten Kanalwandung oder einen auf der Ventilführung angeordneten stufenförmigen Absatz bildet, ohne daß ein durchströmbarer Spalt zu dem zwischen Innenrohr und Kanalwandung angeordneten Isolierraum vorhanden ist. Im weiteren deckt das erfindungsgemäß gestaltete Innenrohr nahezu die gesamte Wandung des Auslaßkanales ab und bewirkt so eine sehr gute Isolationswirkung.With the solution according to the invention, the inner tube is next to it outlet-side bracket on an inlet-side Pipe section between the valve seat ring and a valve seat ring opposite stop clamped and in his Position fixed reliably, the stop from the in the outlet duct protruding and of the Valve guide through the channel wall or one on the Valve guide arranged step-shaped paragraph forms without a flow-through gap to that between the inner tube and the channel wall arranged isolation room is available. Furthermore covers the inner tube designed according to the invention almost the entire Wall of the outlet channel and thus causes a very good Insulation effect.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further refinements of the invention are the subject of Subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing is shown schematically and is described in more detail below.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Aus laßkanal in der Draufsicht, Fig. 1 shows a sectional view of a cylinder head of an internal combustion engine with an inventive from laßkanal in plan view,
Fig. 2 die Schnittdarstellung der Seitenansicht des Zylin derkopfes nach Fig. 1 in der Ebene eines ersten Aus laßventiles und Fig. 2 is a sectional view of the side view of the Zylin derkopfes of FIG. 1 in the plane of a first lassventiles and
Fig. 3 die Schnittdarstellung der Seitenansicht des Zylin derkopfes nach Fig. 1 in der Ebene eines zweiten Aus laßventiles. Fig. 3 is a sectional view of the side view of the Zylin derkopfes of FIG. 1 in the plane of a second lassventiles.
Ein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneter Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine weist einen Auslaßkanal 2 mit zwei Ventil öffnungen 3, 4 sowie eine Vielzahl nicht bezeichneter und für die Erfindung unwesentlicher Bohrungen und Hohlräume auf. Der Auslaßkanal 2 beginnt eintrittsseitig mit den an einer Boden fläche 5 des Zylinderkopfes 1 mündenden Ventilöffnungen 3, 4, an die sich zunächst jeweils ein relativ kurzer, geradliniger und rechtwinklig zur Bodenfläche 5 verlaufender Einströmbereich 6 und daran anschließend ein Kanalbogen 7, 8 anschließt. Die Ka nalbögen 7, 8 münden in einem im wesentlichen geraden Kanalab schnitt 9, welcher parallel zur Bodenfläche 5 des Zylinder kopfes 1 verläuft und stromab mit einer Austrittsseite 10 an einer rechtwinklig an die Bodenfläche 5 angrenzenden Seiten fläche 11 endet. An der ersten Ventilöffnung 3 beginnend, ver läuft der Auslaßkanal 2 in Strömungsrichtung zunächst mit einem Querschnitt, welcher mindestens dem Durchströmquerschnitt im Bereich der ersten Ventilöffnung 3 entspricht und erweitert sich stromab an der Einmündung des an die zweite Ventilöffnung 4 anschließenden Kanalbogens 8 mindestens um den Strömungsquer schnitt dieser zweiten Ventilöffnung 4. Die stromabseitige zweite Ventilöffnung 4 ist zu einer Kanalmittellinie 12 derart seitlich versetzt angeordnet, daß der an die zweite Ventilöff nung 4 anschließende Kanalbogen 8 nahezu rechtwinklig vom ge radlinigen Kanalabschnitt 9 abzweigt und wobei die durchgehend gedachte Kanalwandung 13 des geradlinigen Kanalabschnittes 9 im Bereich des Kanalbogens 8 etwa von einer, den geraden Einström bereich 6 der zweiten Ventilöffnung 4 durchragenden Mittellinie 14 tangiert ist. Für die Führung und Anlage der nicht darge stellten Auslaßventile ist in jede Ventilöffnung 3, 4 von der Bodenfläche 5 aus jeweils ein Ventilsitzring 15 fest einge preßt. Im weiteren ist jedem Auslaßventil eine in den jeweili gen Kanalbogen 7, 8 hineinragende Ventilführung 16 zugeordnet, die dem jeweiligen Ventilsitzring 15 auf einer gemeinsamen Mit tellinie 14 koaxial gegenüberstehend angeordnet ist und die Kanalwandung 17 im Bereich einer in den jeweiligen Kanalbogen 7, 8 hineinragenden Ausbauchung 18 durchstößt.A designated by the reference numeral 1 cylinder head of an internal combustion engine has an exhaust port 2 with two valve openings 3 , 4 and a plurality of bores and cavities not designated and not essential to the invention. The outlet channel 2 begins on the inlet side with the opening at a bottom surface 5 of the cylinder head 1 valve openings 3 , 4 , to which a relatively short, straight line and perpendicular to the bottom surface 5 inflow region 6 and then a duct arch 7 , 8 connects. The Ka nalbögen 7 , 8 open in a substantially straight Kanalab section 9 , which runs parallel to the bottom surface 5 of the cylinder head 1 and downstream with an outlet side 10 at a right angle to the bottom surface 5 adjacent side surface 11 ends. Starting at the first valve opening 3 , the outlet duct 2 runs in the flow direction initially with a cross section which corresponds at least to the flow cross-section in the region of the first valve opening 3 and widens downstream at the confluence of the duct arch 8 adjoining the second valve opening 4 by at least the flow cross cut this second valve opening 4 . The downstream second valve port 4 is offset laterally so to a channel center line 12 that the second Ventilöff voltage 4 subsequent channel arc 8 approximately at right angles from the ge rectilinear channel section 9 branches and wherein the continuous imaginary channel wall 13 of the straight channel section 9 in the region of the channel sheet 8 about a center line 14 that extends through the straight inflow region 6 of the second valve opening 4 . For the management and installation of the not shown Darge exhaust valves is in each valve opening 3 , 4 from the bottom surface 5 from a valve seat ring 15 firmly pressed. Furthermore each outlet valve is associated with a projecting into the jeweili gen channel sheets 7, 8 valve guide 16 which tellinie the respective valve seat ring 15 on a common With 14 is positioned coaxially opposite and the duct wall 17 in the region a, 8 protruding bulge in the respective channel sheets 7 18 pierces.
Ein gattungsgemäßes Innenrohr 19, welches im Außlaßkanal 2 an geordnet ist und mit einem Abstand "a" von der Kanalwandung 17 verläuft, bildet einen Isolierspalt 20 zwischen Innenrohr 19 und der Kanalwandung 17. Das Innenrohr 19 ist an der Austritts seite 10 fest oder über einem Schiebesitz 21 für einen Deh nungsausgleich mit einer Flanschscheibe 22 verbunden, wobei die Flanschscheibe 22 lose oder durch ein geeignetes Befestigungs element 23 in seiner Lage gehalten ist und nach dem Anbau eines nicht dargestellten Abgaskrümmers zwischen diesem und der Sei tenfläche 11 des Zylinderkopfes 1 geklemmt ist und dabei gleichzeitig eine Krümmerdichtung bildet.A generic inner tube 19 , which is arranged in the outlet channel 2 and runs at a distance "a" from the channel wall 17 , forms an insulating gap 20 between the inner tube 19 and the channel wall 17th The inner tube 19 is fixed to the outlet side 10 or via a sliding seat 21 for expansion compensation with a flange plate 22 , the flange plate 22 being held loose or by a suitable fastening element 23 in its position and after the installation of an exhaust manifold, not shown between this and the Be tenfläche 11 of the cylinder head 1 is clamped and at the same time forms a manifold gasket.
Eintrittsseitig weist das Innenrohr 19 einen kreisförmigen Rohrabschluß 24 auf, dessen Querschnittsfläche 25 parallel zur Bodenfläche 5 mit einem geringen Abstand unterhalb der Unter kante 26 des geraden Kanalabschnitt 9 angeordnet ist. Das in seiner Querschnittskontur vom Querschnitt des Auslaßkanales 2 abhängige Innenrohr 19 ist erfindungsgemäß in seinem eintritts seitigen Rohrabschnitt 27 im Kanalbogen 7 der stromaufseitigen Ventilöffnung 3 zwischen dem Ventilsitzring 15 und einem An schlag 28 eingespannt und damit in seiner Lage fixiert, wobei in dem geradlinig verlaufenden Einströmbereich 6 ein Rohrstück 29 angeordnet ist, welches mit seinen Stirnseiten einerseits an dem Ventilsitzring 15 anliegt und andererseits als Anlage für den Rohrabschluß 24 des Innenrohres 19 dient. Die Anlagefläche und damit die Wärmeübertragung zwischen Rohrstück 29 und Kanal endung 17 kann durch entsprechende Freistiche 30 zusätzlich vermindert werden. Gegenüber dem Rohrstück 29 ist der Anschlag 28 angeordnet, welcher aus der Ventilführung 16 und der von der Ventilführung 16 durchragten Kanalwandung 17 im Bereich der in den Auslaßkanal 2 hineinragenden Ausbauchung 18 gebildet ist. Die Ventilführung 16 durchragt dabei eine Wanddurchführung 31 des Innenrohres 19, wobei diese Wanddurchführung 31 eine in den Kanalinnenraum weisende, umlaufende, bundförmige Biegekante 32 aufweist. Die Ventilführung 16 wird von der Biegekante 32 mit Vorspannung fest umschlossen, wobei die Position des Innenroh res 19 durch die Anlage der der Biegekante 32 abgewandten Seite der Wanddurchführung 31 an der Kanalwandung 17 bestimmt wird. Abweichend von der dargestellten Ausführung ist es gleichfalls möglich, daß die der Biegekante 32 abgewandten Seite der Wand durchführung 31 an einem an der Ventilführung 16 angeordneten, stufenförmigen Absatz zur Anlage kommt.On the inlet side, the inner tube 19 has a circular tube end 24 , the cross-sectional area 25 of which is arranged parallel to the bottom surface 5 at a short distance below the lower edge 26 of the straight channel section 9 . The in its cross-sectional contour dependent on the cross section of the outlet channel 2 inner tube 19 is according to the invention in its inlet-side tube section 27 in the channel bend 7 of the upstream valve opening 3 between the valve seat ring 15 and a stop 28 clamped and thus fixed in position, with the rectilinear inflow region 6, a piece of pipe 29 is arranged, the end faces of which on the one hand abut against the valve seat ring 15 and on the other hand serve as an abutment for the pipe end 24 of the inner pipe 19 . The contact surface and thus the heat transfer between the pipe section 29 and the channel end 17 can be additionally reduced by appropriate undercuts 30 . Opposite the pipe section 29 is the stop 28 , which is formed from the valve guide 16 and the channel wall 17 through which the valve guide 16 extends in the region of the bulge 18 projecting into the outlet channel 2 . The valve guide 16 projects through a wall duct 31 of the inner tube 19 , this wall duct 31 having a circumferential, collar-shaped bending edge 32 which points into the channel interior. The valve guide 16 is firmly enclosed by the bending edge 32 with pretension, the position of the inner tube res 19 being determined by the abutment of the side of the wall bushing 31 facing away from the bending edge 32 on the channel wall 17 . Deviating from the embodiment shown, it is also possible that the side of the wall bushing 31 facing away from the bending edge 32 comes to rest on a step-shaped shoulder arranged on the valve guide 16 .
Im Montageprozeß wird zunächst das Innenrohr 19 in den Auslaß kanal 2 eingeführt und mittels der Flanschscheibe 22 und dem Befestigungselement 23 oder einer entsprechenden Vorrichtung in seiner Lage gehalten. Anschließend wird das Rohrstück 29 in den geradlinigen Kanalabschnitt 9 eingeführt und der Ventilsitzring 15 eingepreßt, wobei das Rohrstück 29 am Rohrabschluß 24 des Innenrohres 19 zur Anlage kommt und in der Folge eine Auflage des Innenrohres 19 im Bereich der noch nicht montierten Ventil führung 16 an der Kanalwandung 17 hergestellt wird. Die Verbin dung zwischen Rohrstück 29 und Rohrabschluß 24 des Innenrohres 19 kann durch eine Überlappung beider Teile 29, 24 zusätzlich gesichert sein. In einem nächsten Schritt wird das Innenrohr 19 durch ein rohrförmiges, die bundförmige Biegekante 32 der Wand durchführung 31 umfassendes Werkzeug fest an der Kanalwandung 17 anliegend gehalten und die Ventilführung 16 wird eingepreßt. Dabei weitet der in den Auslaßkanal 2 hineinragende und sich zum Ende konisch verjüngende Abschnitt 33 der Ventilführung 16 die Wanddurchführung 31 im Innenrohr 19 auf und bewirkt so einen festen Preßsitz des Innenrohres 19 auf der Ventilführung 16.In the assembly process, the inner tube 19 is first inserted into the outlet channel 2 and held in position by means of the flange plate 22 and the fastening element 23 or a corresponding device. Subsequently, the pipe section 29 is inserted into the rectilinear channel section 9 and the valve seat ring 15 is pressed in, the pipe section 29 coming into contact with the pipe end 24 of the inner pipe 19 and subsequently a bearing of the inner pipe 19 in the region of the valve guide 16 which has not yet been mounted on the Channel wall 17 is made. The connec tion between the pipe section 29 and the pipe end 24 of the inner tube 19 can be additionally secured by an overlap of the two parts 29 , 24 . In a next step, the inner tube 19 is held by a tubular, the collar-shaped bending edge 32 of the wall leadthrough 31 tool firmly against the channel wall 17 and the valve guide 16 is pressed. The section 33 of the valve guide 16, which projects into the outlet channel 2 and tapers towards the end, widens the wall bushing 31 in the inner tube 19 and thus causes a firm interference fit of the inner tube 19 on the valve guide 16 .
Mit dieser Anordnung kann jeder von den Abgasen durchströmbare Spalt zwischen Innenrohr 19 und Kanalwandung 17 ausgeschlossen werden.With this arrangement, any gap through which the exhaust gases can flow between the inner tube 19 and the channel wall 17 can be excluded.
Im Anschlußbereich des stromab angeordneten Kanalbogens 8 ist eine Anschlußöffnung 34 in dem Innenrohr 19 angeordnet, an die ein kegelstumpfartig ausgebildetes Innenrohrteil 35 anschließt. Dieses Innenrohrteil 35 mit einer zur Anschlußöffnung 34 frei durchströmbaren Öffnung 36 ist bis zur Anlage an dem Ventil sitzring 15 der stromabseitigen Ventilöffnung 4 einstückig aus gebildet und weist wie das Innenrohr 19 eine Wanddurchführung 31 mit einer Biegekante 32 auf, wobei die Montage des Innen rohrteiles 35 im Anschluß an die Montage des Innenrohres 19 vorgenommen wird. Die Verbindung zwischen Innenrohrteil 35 und Innenrohr 19 kann mittels einer geeignet ausgeformten Überlap pung in Form eines Schiebesitzes erfolgen oder es kann zwischen beiden Teilen ein Spalt für einen spannungsfreien Ausgleich von Längendifferenzen, die aufgrund unterschiedlicher Wärmedehn ungen oder Fertigungstoleranzen eintreten können, angeordnet sein.In the connection area of the downstream duct bend 8 , a connection opening 34 is arranged in the inner tube 19 , to which an inner tube part 35 formed like a truncated cone connects. This inner tube part 35 with a freely flowed through the connecting opening 34 opening 36 until it contacts the seat ring 15 of the downstream-side valve opening 4 in one piece from formed and has as the inner tube 19 is a wall bushing 31 with a bending edge 32, wherein the mounting of the inner tubular member 35 is carried out after the assembly of the inner tube 19 . The connection between the inner tube part 35 and the inner tube 19 can be made by means of a suitably shaped overlap in the form of a sliding fit or there can be a gap between the two parts for a stress-free compensation of length differences, which can occur due to different thermal expansions or manufacturing tolerances.
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