DE2164001A1

DE2164001A1 - Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit bearbeitetem Einlaßkanal

Info

Publication number: DE2164001A1
Application number: DE19712164001
Authority: DE
Inventors: Albert Chaville Grosseau (Frankreich)
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1970-12-30
Filing date: 1971-12-22
Publication date: 1972-07-13
Also published as: DE2164001B2; IT943379B; DE2164001C3; JPS549248B1; GB1336489A

Description

216A001

Patentanwälte

Dipl.-Ing. A. WEDDE 22.Dezember 1971

Dipl.-lng. K. EMPL
München Schumannstr.2

Akte; PGm 7166

Societe Anonyme AUTOMOBILES CITROEN 117 ä 167, Quai Andre Citroen F-75 Paris 15^Ö / Frankreich

Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit bearbeitetem Einlaßkanal

Für eine hohe spezifische Leistung einer Brennkraftmaschine von beispielsweise 30 PS nach SAE-Norm pro Liter Hubraum ist eine gute Füllung erforderlich. Die dafür nötigen Bedingungen sind für den außerhalb des Zylinderkopfes des Motors liegenden Teil des Saugkanals leichter zu realisieren als für den in diesem Zylinderkopf liegenden Kanalteil, denn bei dem äußeren Saugkanal lassen sich die Geometrie und die Oberflächenbeschaffenheit verhältnismäßig leicht beherrschen.

209829/0650

Der innere Saugkanal soll nur minimale Strömungswiderstände verursachen, was durch Gleichförmigkeit der Geometrie der Durchgangsquerschnitte, eine progressive und kontinuierliche Zunahme dieser Querschnittsflächen und durch eine gute Oberflächenbeschaffenheit der Wände des Kanals erreicht werden kann»

Bei ein und demselben Motor dürfen die Dimensionen und die Oberflächengüte der Kanäle, die jeden Zylinder versorgen, nur minimale Abweichungen voneinander aufweisen, d.h. die Kanäle müssen für alle Zylinder praktisch gleich ausgebildet sein, da sonst eine starke Unausgeglichenheit zu erwarten ist, die die gute Arbeitsweise und die Lebensdauer des Motors beeinträchtigt. Diese Übereinstimmung der Dimensionen und der Oberflächenbeschaffenheit muß ebenso von einem Motor zum anderen vorhanden sein, um eine Streuung der Höchstleistung bei Motoren der gleichen Serie zu vermeiden.

Die Zylinderköpfe der Hochleistungsmotoren bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Durch den Druckguß kann serienmäßig eine gute Geometrie und eine hohe Oberflächengüte erhalten werden. Wegen der Herausnahme aus der Fora kann aber die wünschenswerte Gestalt ohne Kunstgriffe anzu-

209829/0650

BAD ORIGINAL

wenden nicht erreicht werden, beispielsweise eine die Innenfläche des Ansaugkanals durchquerende Stoßfugenebene oder einen angesetzten Kanal.

Es ist experimentell nachgewiesen worden, daß die höchste spezifische Leistung durch einen Einlaßkanal mit kreisförmigen, in Strömungsrichtung progressiv zunehmenden Querschnitten erreicht wird.

Derartige Kanäle können durch Nachbearbeitung verwirklicht werden, wie es bei Rennmotoren geschieht. Mittels langwieriger und schwieriger Bearbeitungsvorgänge kann eine einwandfreie Oberfläche, aber keine (Gleichförmigkeit der Geometrie von einem Kanal zum anderen erreicht werden.

Die Druckgußausführung mit einer Stoßfuge im Inneren des Kanals ist, abgesehen davon, daß sie zusätzliche Teile erfordert, aufgrund der durch die Stoßfuge hervorgerufenen Störungen,für die Erzielung von Höchstleistungen nicht günstig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf mit wenigstens einem Einlaßkanal zu schaffen, welcher Durchgangsquerschnitte mit vom Eintritt in den Zy-

20Ö829/0650

linderkopf zum Ventilsitz progressiv wachsender Fläcne aufweist und trotzdem in der Großserie leicht zu bearbeiten ist·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Zylinderkopf mit wenigstens einem Einlaßkanal, der eine durch die Achse des Einlaßventils und die Achse des Zylinders gehende Symmetrieebene aufweist dadurch gelöst, daß der Einlaßkanal zwei aufeinanderfolgende, aus Rotationsflächen mit verschiedenen Achsen bestehende Abschnitte aufweist und die Achse des in Strömungsrichtung hinten gelegenen Abschnitts mit der des Einlaßventils zusammenfällt.

Diese beiden, aus Rotationsflächen bestehenden Abschnitte können miteinander verbunden werden durch einen kugelförmigen Abschnitt, den sie tangieren. Sie können wenigstens über einen Teil ihrer Länge kegeletuapffönaig ausgebildet sein.

Bei einer besonderen Ausführungsart enthält der Zylinderkopf drei aufeinanderfolgende, mit Rotationsflächen verschiedener Achsen versehene Abschnitte· In diesem Fall sind vorzugsweise der in Strömungsrichtung vorne gelegene

209929/0650

216A001

Abschnitt und der Zwischenabschnitt miteinander durch einen kugelförmigen Abschnitt verbunden» den sie tangieren·

Zwei nicht beschränkende Ausfuhrungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

i Fig. 1 einen Schnitt durch den Zylinderkopf;

Fig. 2 eine vom Zylinderkopf getrennte Darstellung der Form des Kanals;

Fig. 3 einen Schnitt des Zylinderkopfes in seiner durch die Achse des Einlaßventils und die des Zylinders gehenden Symmetrieebene und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig.

In Fig. 1 ist ein Zylinderkopf 1 dargestellt, der zum Verschließen eines die Achse OX aufweisenden Zylinders dienen soll. Der Zylinderkopf enthält einen bearbeiteten Einlaßkanal 2 und «inen Auslaßkanal 3. Der Einlaßkanal 2 endet in einem als Venturi-DUse ausgebildeten Sitz 4, auf dem ein Ventil 5 aufsitzen kann, dessen Schaft 6 in Richtung der Achse OY verschieblich ist«

209829/0850

Der Einlaßkanal 2 weist eine Symmetrieebene auf, die mit der Ebene zusammenfällt, die die Achse OX und 07 definiert· Sr enthält, in Strömungsrichtung gesehen, einen zylindrischen Abschnitt 2a alt der Achse ZZ, der sich über eineToroidflache 2b an einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 2c mit derselben Achse ZZ anschließt; die letztere liegt in einem spitzen Winkel, der durch die Achse 07 und eine Normale zur Achse OX festgelegt ist· Der Abschnitt 2c tangiert einen Abschnitt 2d, der Teil einer Kugel 7 mit dem im Schnittpunkt der Achsen 07 und ZZ gelegenen Mittelpunkt 8 ist. Diese Kugel hat einen etwas kleineren Durchmesser als der grüßte, bezüglich der Strömungsrichtung vor dem Sitz 4 gelegene Durchmesser D. Der kugelförmige Abschnitt 2d ist mit dem Sitz über einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 2e verbunden, der D als Basisdurchmesser hat und dem ein kurzer zylindrischer Abschnitt 2f folgt. Die beiden Abschnitte 2e, 2f haben die Achse 07 und sind durch einen toroidf örmigen Abschnitt 2g miteinander verbunden· Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Kegelstumpf abschnitt 2c mit dem Kegelstumpfabechnitt 2e zusammentrifft, wobei sich diese Abschnitte in einer Kurve 9 schneiden.

Andererseits ersieht man aus den Fig· 1 und 2, daß eich der Punkt 10 dieser Kurve 9 in der Symmetrieebene (Bbene

bad original 209t29/0650

der Fig. 1) und gleichzeitig im zylindrischen Abschnitt 2f befindet.

Die Betrachtung der verschiedenen Querschnitte des Kanals 2 zeigt, daß sein Querschnitt deutlich in der Strömungsrichtung gleichmäßig zunimmt, um sein Maximum an seiner Anschlußstelle an den Sitz 4 zu erreichen. Es ist somit ' möglich, hohe spezifische Leistungen zu erhalten· Trotzdem kann dieer Kanal serienmäßig leicht in zwei Arbeitsgängen hergestellt werden, nämlich durch eine Bohrung in der Richtung der Achse ZZ mit einem im Durchmesser vergrößerbaren Werkzeug, dessen Vorschub entsprechend dem gewünschten Profil gesteuert wird, und durch einen Fräsvorgang in der Achse OY mit einem Profilfräser mit kugelförmigem Ende,

In den Fig. 3 und 4 weist der Einlaßkanal 2 ebenfalls •ine Syaaetrieebene auf, die mit der Ebene zusammenfällt, welche durch die Achsen OX und OY bestimmt ist. Er enthält, in Richtung der Einlaßströmung, einen zylindrischen Abschnitt 2'a mit der Achse Z1-Z1, an den sich über eine Toroidflache 2*b ein Kegelstumpfabschnitt 2'c, ebenfalls Bit der Achs· Z1-Z1, anschließt. Der Abschnitt 2'c tangirrt einen Abschnitt 2^fd, der ein Teil einer Kugel 7 mit dem Mittelpunkt 8 ist.

BADORIGfNAi.

209829/0650

Der Kugelabschnitt 2*d schließt an einen Abschnitt 2»β an, dessen Achse Z₂ - ^₂ zwischen der Achse Z^ - Z^ und der Achse OY liegt und durch den Mittelpunkt 8 geht. DieseiiAbschnitt, der kegelstumpfförmig sein könnte, ist hier zylindrisch und trifft sich mit dem Abschnitt 2¹C, den er nach einer Kurve 9¹ schneidet.

Schließlich ist der Abschnitt 2»e mit dem Sitz 4 durch einen Kegelstumpf abschnitt 2^ff verbunden, dem ein weiterer zylindrischer Abschnitt 2^!g folgt, wobei diese beiden Abschnitte OY als Achse haben (siehe Fig. 2). Die Abschnitte 2^fe und 2»f schneiden sich in einer Kurve 10.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele, sondern bezieht sich auch auf alle Varianten davon. So ^ könnten die Rotationsflächen, aus denen der Kanal gebildet

ist, verschiedene Abweichungen (nfc&äriUkMUM*} aufweisen, wenn nur die Drehachse des Abschnittes oder der Abschnitte stromabwärts die Achse OY ist.

F/Sp 7

BAD OfllGINAL

209829/0650

Claims

ANSPRÜCHE

1·/ Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Einlaßkanal, der eine durch die Achse des Einlaßventils und die Achse des Zylinders gehende Sym- " metrieebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal zwei aufeinanderfolgende, aus Rotationsflächen mit verschiedenen Achsen bestehende Abschnitte aufweist und die Achse des in Strömungsrichtung hinten gelegenen Abschnitts mit der des Einlaßventils zusammenfällt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnitte i in der Strömungerichtung kontinuierlich verändern und bis zum Anschluß an den Ventilsitz niemals kleiner werden.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 odtr 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz als Venturi-DÜB· aufgebildet let.

pm.i ... >

BAD ORIGINAL

2Q9829/06SG

- κ - ■

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -durch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung vorne gelegene Rotationsfläche wenigstens auf einem Teil ihrer Länge als Kegelstumpf ausgebildet ist.

5· Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung vorne gelegene Rotationsfläche einen zylindrischen Teil aufweist, der sich an einen kegelstumpfförmigen Teil anschließt.

6· Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß über eine Toroidflache erfolgt.

7· Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -durch gekennzeichnet, daß dit in Strömungsrichtung hinten gelegene Rotationsfläche wenigstens über einen Teil ihrer Länge als Kegelstumpf ausgebildet ist*

BAD ORIGINAL

209829/0S50

- ITT -

8. Zylinderkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Strömungsrichtung hinten gelegene Rotationsfläche einen kegelstumpfförmigen Teil aufweist, der sich an den vor dem Sitz gelegenen Querschnitt durch eine zylindrische Fläche anschließt·

9· Zylinderkopf nach Anspruch 8, dadurch gekenn- | zeichnet, daß die Verbindung über eine Toroidflache erfolgt.

10. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil in Bezug auf die Zylinderachse geneigt ist, und daß die Achse des in Strömungsrichtung vorne gelegenen Abschnitts des Kanals von einem spitzen Winkel eingeschlossen ist, den die Ventilachse mit A einer Normalen zur Zylinderachse bildet.

11. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit nur zwei aufeinanderfolgenden, aus Rotationsflächen mit verschiedenen Achsen bestehenden Abschnitten, daß diese beiden aus Rotationsflächen bestehenden Abschnitte durch einen kugelförmigen Abschnitt verbunden sind, den sie tangieren.

209829/06

-SF-

12. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 4, 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kegelstumpfförmigen Flächen und die zylindrische Fläche einen gemeinsamen Punkt haben, der sich in der genannten Symmetrieebene befindet.

13. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal drei aufeinanderfolgende, aus Rotationsflächen bestehende Abschnitte mit verschiedenen Achsen aufweist, wobei die Achse des in Strömungsrichtung hinten gelegenen Abschnitts mit der des Einlaßventils zusammenfällt.

14« Zylinderkopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung vorne gelegene Abschnitt und der Zwischenab-. schnitt miteinander durch einen kugelförmigen Abschnitt verbunden sind, den sie tangieren.

F/Sp 7

209829/0650

Leerseite