DE2164001C3 - Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit bearbeitetem Einlaßkanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Einlaßkanal, der eine durch die Achse des Einlaßventils und die Zylinderachse gehende Symmetrieebene aufweist und der aufeinanderfolgende, aus Rotationsflächen mit unterschiedlichen Achsen bestehende Abschnitte aufweist, wobei die Achse des in Strömungsrichtung hinteren Abschnitts mit der Achse des Einlaßventils zusammenfällt.

Bei Brennkraftmaschinen stellt sich allgemein das Problem der gleichmäßigen und vollständigen Füllung der Verbrennungsräume der jeweiligen Zylinder mit Gas-Luft-Gemisch. Die möglichst gleichmäßige Füllung aller Zylinder-Verbrennungsräume ist abhängig von dem zwischen Vergaser und Zylinderräumen angeordneten Einlaßkanälen. Die Strömung des Gas-Luft-Gemisches soll selbstverständlich möglichst widerstands frei und gleichmäßig erfolgen, Pas Strömungsverhalten in den Einlaßkanälen ist umso besser, je gleichförmiger die Geometrie der Rotationsflächenabschnitte der Einlaßksnäle untereinander ist, und je gleichförmiger

die Beschaffenheit der Oberflächen der Wände der kanälen beschaffen sind. Es ist bekannt, die Quer-

schnittsfläßhen der Einlaßkanäle in Strömungsrichtung kontinuierlich und/oder progressiv zunehmen zv. lassen.

Die Herstellung solcher hinsichtlich der Dimensionen

und der Oberflächenbeschaffenheit möglichst gleichförmig ausgebildeter Einlaßkanäle, sei es innerhalb eines Motoraggregates oder auch von einem Motor zum anderen, um eine Streuung der Höchstleistungen bei Motoren der gleichen Serie zu vermeiden, ist schwierig,

is da die Einlaßkanäle zum Teil innerhalb des Zylinderkopfes eines Motors, zum anderen Teil jedoch außerhalb des Zylinderkopfes liegen. Bei den außerhalb des Zylinderkopfes des Motors liegenden Teilen der Einlaßkanäle ist eine entsprechende Bearbeitung der Dimensionen bzw. Oberflächen leicht durchzuführen. Anders ist es dagegen bei den innerhalb des Zylinderkopfes liegenden Teilen der Einlaßkanäle.

Zylinderköpfe von Hochleistungsmotoren bestehen in der Regel aus einer Aluminumlegierung und werden in einem Druckguß-Verfahren serienmäßig hergestellt. Sie weisen eine verhältnismäßig gute Geometrie und Oberflächengüte auf. Bei der Herausnahme des Gußstückes aus der Form wird allerdings häufig die Oberfläche beschädigt und weiterhin ergibt sich beim späteren Zusammensetzen der Einlaßkanäle aus den im Zylinderkopf befindlichen Teilen und den einzelnen, außerhalb des Zylinderkopfes anzusetzenden Teilen ein ungleichmäßiger Obergang, beispielsweise in Form einer die Innenfläche des Einlaßkanals durchquerenden Stoßfugenebene. Um jedoch eine gute Oberflächenbeschaffenheit zu erreichen und gleichzeitig möglichst ideale Strömungsverhältnisse zu schaffen, ist es erforderlich, die Einlaßkanäle mit speziellen Werkzeugen nachzuarbeiten. Bekanni ist es (US-PS 34 57 904), die Einlaßkanäle zunächst mit kontinuierlich wachsenden Querschnitten auszubilden, anschließend die Querschnittsform progressiv zu vergrößern, um dann den Querschnitt im letzten Abschnitt bis zum Ventilsitz wieder zu vermindern.

Nachteilig bei dieser bekannten Ausführungsform ist, daß die Geschwindigkeit der angesaugten Luft zunächst verzögert, dann innerhalb des Einlaßkanals durch die Querschnittsverengung wieder beschleunigt wird. Hierdurch wird eine Erhöhung des Strömungswiderstandes bewirkt, die bei Hochleistungsmotoren zu einer verminderten Zylinderfüllung führt.

Weiterhin ist nachteilig, daß die einzelnen Abschnitte des bekannten Einlaßkanals, abgesehen von dem ersten und dem letzten Abschnitt, nicht mit den üblichen rotierenden Werkzeugen bearbeitbar sind, da eine derartige maschinelle Bearbeitung nur dann möglich ist. wenn die Rotationsfläche eines Abschnitts in diejenige des darauffolgenden eingeschrieben werden kann, damit das Bearbeitungswerkzeug einführbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Zylinderkopf den Einlaßkanal so auszubilden, daß er Durchgangsquerschnitte mit vom Eintritt in den Zylinderkopf zum Ventilsitz kontinuierlich wachsender Fläche aufweist und gleichzeitig im Rahmen einer Großserienfertigung leicht und preiswert zu bearbeiten ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Einlaßkanal der eingangs erwähnten Art, der

vordere Rotationsflächenabsehmu mit dem hinteren Rotationsfläehenabschnitt ober einen zwischenliegenden Rotatfonsflpchenabschniu verbunden ist, dessen Achse die Achse des vorderen Rotationsflächenabschnittes und die Achse des hinteren Rotationsflächenabschnittes schneidet, und daß sich der Querschnitt des Einlaßkanals über seine Länge kontinuierlich verändert und in der Strömungsrichtung bis zum Anschluß an den Ventilsitz niemals kleiner wird.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Einlaßkanals vermeidet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches in Strömungsrichtung unterschiedlich beschleunigt und damit der Strömungswiderstand innerhalb des Einlaßkanals erhöht wird. Gleichzeitig ist gewährleistet, daß die einzelnen Abschnitte des Einlaßkanals mit den üblichen rotierenden Werkzeugen nacheinander bearbeitbar sind.

In vorteilhafter Weiterbildung weist der in Strömungsrichtung vorne gelegene Rotationsflächenabschnitt einen zylindrischen Teil auf, auf den ein kegelstumpfförmigerTeil folgt.

Weiter ist der zylindrische Teil mit dem kegelstumpfförmigen Teil über einen Teil mit gekrümmter Erzeugender verbunden. Diese vorteilhafte Ausbildung der in Strömungsrichtung vorne gelegenen Teile des Einlaßkanals gewährleistet, daß die Strömung des Gas-Luft-Gemisches gleichförmig verlaufen kann und insbesondere nicht durch gebrochene Übergänge zwischen dne einzelnen Rotationsflächenabschnitten beeinträchtigt wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung endet der vordere Rotalionsflächenabschnitt mit einem kugeiförmigen Teil, an den sich der vorausgehende Teil des vorderen Rotationsflächenabschnittes und der zwischenliegende Rotationsflächenabschnitt tangential anschließen.

Diese Ausbildung des Einlaßkanals ermöglicht eine übliche maschinelle Bearbeitung mit rotierenden Werkzeugen, da die Rotationsflächen der aufeinanderfolgenden Abschnitte des Einlaßkanals nachfolgend ineinander einschreibbar sind.

Vorteilhaft bildet der zwischenliegendc Rotationsflächenabschnitt eine Zylinderfläche. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache Bearbeitung dieses Abschnittes des Einlaßkanals.

Weiterhin weist der hintere Rotationsflächenabschnitt einen kegelstumpfförmigen Teil auf, der mit dem Ventilsitz durch einen zylindrischen Teil verbunden ist.

Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es ?eigt

F i g, 1 einen Schnitt des Zylinderkopfes in seiner durch die Achse des Einlaßventils und die des Zylinders . gehenden Symmetrieebene und

F ί g. 2 einen Schnitt nach Linie 11-II in F i g. 1, jedoch ohne geschnittene Darstellung des Stößels.

Ein in den Zeichnungen nicht dargestellter Zylinder weist eine Symmetrieachse X-O auf. Dieser Zylinder wird von einem Teil des in F i g. 1 dargestellten Zylinderkopfes 1 verschlossen. Dieser Teil des Zylinderkopfes 1 enthält einen bearbeiteten Einlaßkanal 2' und einen Auslaukanal 3, deren, dem Zylinder zugewandten öffnungen sich symmetrisch zur Achse X-O gegenüberliegen. Der Einlaßkanal 2' endet in einem als Venturi-Düse ausgebildeten Sitz 4, auf dem ein Ventil 5 in seiner Verschlußstellung aufsitzen kann, dessen Schaft 6 in Richtung der Achse O- Yverschieblich ist.

Der Einlaßkanal 2' weist eine S;.nmetrieebene auf, die mit der durch die Achsen O-Xund O- Y definierten Ebene zusammenfällt. Der Einlaßkanal 2' enthält in Strömungsrichtung nacheinander einen zylindrischen Abschnitt 2'a, einen Rotationsflächenabschnitt mit gekrümmter Erzeugender 2'b und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 2'c, deren gemeinsame Achse Z,-Zi ebenfalls in der vorstehend definierten Symmetrieebene enthalten ist.

Die Lage der Achse Z1-Z1 innerhalb der Symmetrieebene ist durch einen spitzen Winkel definierbar, der durch die Achse O- Y und die Normale auf der Achse O-X festgelegt ist.

Der kegelstumpfiörmige Abschnitt 2'c tangiert einen Abschnitt 2'd, welcher Teil einer Kugel mit dem Mittelpunkt 8 ist, der auf der Achse Zi-Zi liegt.

Dieser Kugelabschnitt 2'd schließt an einen Abschnitt 2'ean, dessen Achse Z2-Z2 zwischen der Achse Zi-Zj und der Achse O- Vliegt und durch den Mittelpunkt3 geht. Dieser Abschnitt 2'e ist zylindrisch ausgebildet und schneidet sich mit dem kegelförmigen Abschnitt 2'c in der Schnittkurve 9' (vergl. auch F i g. 2).

Der Abschnitt 2'e ist mit dem Sitz 4 durch einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 2'f verbunden, die sich beide in einer Kurve 10 schneiden. Der Abschnitt 2Ί wiederum ist mit dem Sitz 4 über einen weiteren zylindrischen Abschnitt 2'g verbunden, welche die gemeinsame Achse O- V aufweisen (vcrgl. F i g. 2).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit wenigstens einem Einlaßkanal, der eine durch die Achse des Einlaßventils und die Zylinderachse gehende Symmetrieebene aufweist und der aufeinanderfolgende, aus Rotationsflächen mit unterschiedlichen Achsen bestehende Abschnitte aufweist, wobei die Achse des in Strömungsrichtung hinteren Abschnitts mit der Achse des Einlaßventils zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Rotationsflächenabschnitt (2'a, 2'b, 2'cjmitdem hinteren Rotationsflächenabschnitt (2'f, 2'g) über einen zwischenliegenden Rotationsflächenabschnitt (Te) verbunden ist, dessen Achse (Z₇-Zi) die Achse (Z\-Z\) des vorderen Rotationsflächenabschnittes und die Achse (O-Y) des hinteren Rotationsflächenabschnittes schneidet und daß sich der Querschnitt des Einlaßkanals über seine Länge kontinuierlich verändert und in der Strömungsrichtung bis zum Anschluß an den Ventilsitz (4) niemals kleiner wird.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung vorne gelegene Rotationsflächenabschnitt einen zylindrischen Teil (2'a) aufweist auf den ein kegelstumpfförmigerTeil(2'cjfolgt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (2'a) mit dem kegelstumpfförmigen Teil (2'c) über einen Teil (2'b) mit gekrümmter Erzeugender verbunden ist.

4. Zylinderkopf nacfc einem -'.er Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Rotationsflächenabschnitt (2'a, 2'b, 2¹C) m> einem kugelförmigen Teil (2'd) endet, an den sich der vorausgehende Teil des vorderen Rotationsflächenabschnittes (2'c) und der zwischenliegende Rotationsflächenabschnitt (2'ej tangential anschließen.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischenliegende Rotationsflächenabschnitt (2'e) eine Zylinderfläche bildet.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Rotationsflächenabschnitt einen kegelstumpfförmigen Teil (Tf) aufweist, der mit dem Ventilsitz (4) durch einen zylindrischen Teil (2'g) verbunden ist.