AT2543U1

AT2543U1 - Drallerzeugender einlasskanal einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT2543U1
Application number: AT0078497U
Authority: AT
Inventors: Reinhard Dipl Ing Glanz; Franz Ing Hoedl
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1998-12-28

Abstract

Um bei einem drallerzeugend ausgebildeten Einlaßkanal (3) einer Brennkraftmaschine, welche über eine eine Spiralenzunge (3b) aufweisende Kanalspirale (3a) in einen Zylinder (2) einmündet, auf möglichst einfache Weise eine Anpassung des Dralles des Einlaßkanales (3) auf einen gewünschten Wert durchzuführen, wird vorgeschlagen, daß der Strömungsquerschnitt (V) der Kanalspirale (3a) für maximalen Drall ausgelegt ist und durch eine materialabtragende Nachbearbeitung der Spiralenzunge 3b der Kanalspirale (3a) vom ursprünglichen minimalen Strömungsquerschnitt für maximalen Drall auf einen Strömungsquerschnitt für einen gewünschten verminderten Drall erweitert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen drall erzeugenden Einlasskanal einer Brennkraftmaschine, welcher über eine eine Spiralenzunge aufweisende Kanalspirale in einen Zylinder einmündet.

Aus verschiedenen Gründen kann es wünschenswert sein, den Drall eines Spiralkanales durch Massnahmen in der Produktion zu verändern. Solche Gründe können sein : a) Zwei Motoren einer Motorenfamilie haben gleiche Bohrung aber unterschiedlichen
Hub. Verwendet man nun denselben Zylinderkopf und damit dieselben Einlasskanäle für beide Varianten, so würde der Drall Di des Motors mit kleinerem Hub hl um den
Faktor f= hi/h kleiner sein als der Drall D2 des Motors mit grossem Hub h2. Dass die
Drallzahl proportional dem Verhältnis Hub/Bohrung ist, ist aus dem Artikel von
G. THIEN, Entwicklungsarbeiten an Ventilkanälen von Viertaktdieselmotoren, ÖIZ,
Heft 9, Jg. 8, bekannt.

Es gilt also DI = f*D2. b) Während des Produktionsprozesses wird der Einlasskemkasten durch Erosion, hervorge- rufen durch das Schiessen der Sandkerne, abgenützt. Davon ist auch der sensible Teil des
Spiraleneinlaufes, die Spiralenzunge, betroffen. Dies führt im allgemeinen zu einer zunehmenden Absenkung des Dralles mit der Produktionszeit.

Im Fall a) wurde bisher ein eigener Kernkasten mit anderem Drall, also ein anderer Zylinderkopfabguss, verwendet, oder ein Kompromiss in der Verbrennungsqualität in Kauf genommen.

Im Falle b) wird nach bestimmten Produktionszeiten ein neuer Kemkasten zur Sandkernherstellung eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine den Drall eines Spiralkanales auf möglichst einfache Weise auf eine vordefinierte Höhe anpassen zu können.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Strömungsquerschnitt der Kanalspirale für maximalen Drall ausgelegt ist und durch eine materialabtragende Nachbearbeitung der Spiralenzunge der Kanalspirale vom ursprünglichen minimalen Strömungsquerschnitt für maximalen Drall auf einen Strömungsquerschnitt für einen gewünschten verminderten Drall erweitert ist. Dadurch wird es möglich, durch nachträgliche Bearbeitung den Drall eines drallerzeugend ausgebildeten Einlasskanales individuell auf die jeweiligen Erfordernisse einzustellen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Nachbearbeitung durch ein rotationssymmetrisches, vorzugsweise spanabhebendes Werkzeug, besonders vorzugsweise einen Stirnfräser erfolgt, dessen Achse zur Ventilsitzebene um einen Winkel zwischen 20 und 90 , vorzugsweise zwischen 45 bis 65 , besonders vorzugsweise um etwa 55 Grad geneigt ist. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt vor der Kanalspirale vergrössert, wodurch die Drallwerte deutlich abgesenkt werden können.

Eine tangentiale Bearbeitung im Bereich der Spiralenzunge wird erreicht, wenn die Achse in Richtung der Zylinderachse betrachtet, entgegen dem Strömungszulauf in die Kanalspirale gerichtet ist und vorzugsweise zu einer durch die Zylinderachse und die Ventilmitte aufgespannten ersten Bezugsebene einen Winkel zwischen etwa 40 und 140 , vorzugsweise zwischen etwa 65 und 115 , besonders vorzugsweise etwa 550 einschliesst, wobei weiters vorgesehen sein kann, dass der Schnittpunkt der Achse des Werkzeuges mit einer Ventilsitzebene von der Ventilachse beabstandet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schnittpunkt von einer zweiten Bezugsebene, welche durch die Ventilachse und eine Parallele zur Achse aufgespannt ist, um einen Abstand von-0, 3 bis +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser entfernt ist.

Diese Bearbeitung erzeugt eine "Scharte" in der Kanalwand im Bereich der Spiralenzunge und führt zu deutlich abgesenkten Drallwerten.

Eine ausgeprägte Drallabsenkung kann erreicht werden, wenn der Schnittpunkt zu einer auf die zweite Bezugsebene normalen dritten Bezugsebene durch die Ventilachse einen Abstand zwischen-0, 3 und +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser aufweist. Der Schnittpunkt liegt dabei vorzugsweise auf der stromabwärtigen Seite der dritten Bezugsebene. Der Schnittpunkt kann aber auch auf der stromaufwärtigen Seite der dritten Bezugsebene liegen.

Der gewünschte Drall kann durch geeignete Wahl der Lage des Schnittpunktes der Achse mit der Ventilsitzebene, der Neigung und Orientierung der Achse, sowie durch die Form der Bearbeitungsfläche eingestellt werden.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsfläche zylindersegmentförmig ist und einen dem Werzeugdurchmesser entsprechenden Bearbeitungsdurchmesser aufweist, der zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmesser beträgt. Anstelle eines zylindrischen Werkzeuges kann auch ein konisches Werkzeug eingesetzt werden, wobei die besten Ergebnisse erzielt wurden, wenn die Bearbeitungsfläche kegelsegmentförmig ist und der Bearbeitungsdurchmesser in einem Bereich zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmesser liegt.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Zylinderkopf mit dem erfindungsgemässen Spiralkanal in einer zylinderseitigen Ansicht, Fig. 2 eine Schnitt gemäss der Linie 11-11 in Fig. 1 und Fig. 3 eine Schrägansicht auf den Zylinderkopf in Richtung der Werkzeugachse.

Die Figuren zeigen schematisch einen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine mit einem in einen Zylinder 2 mündenden drallerzeugenden Einlasskanal 3, welcher im Bereich des Einlaufes in den Zylinder 2 eine Kanalspirale 3a mit einer Spiralenzunge 3b aufweist. Der Drall der Eintrittsluft wird hauptsächlich durch den mit V gekennzeichneten Querschnittsbereich des Einlasskanales 3 bestimmt. Je grösser der Strömungsquerschnitt V wird, um so geringer sind die Strömungsgeschwindigkeiten und der erzeugte Drall.

Die Kanalform des Einlasskanales 3 ist insbesondere im Bereich des Strömungsquerschnittes V für maximalen Drall ausgelegt. Um den Drall auf einen bestimmten Höchstbetrag zu reduzieren, wird ein nachträglicher Materialabtrag durchgeführt, wobei beispielsweise ein

spanabhebendes Werkzeug 7 wie ein Stimfräser in einem Winkel ss zur Ventilachse 4 eines nicht weiter dargestellten Hubventiles in die Kanalspirale 3a so eingeführt wird, dass eine materialabtragende Nachbearbeitung der Spiralzunge 3b erfolgt. Es kann aber auch eine spanlose Bearbeitung mit einem entsprechenden Werkzeug durchgeführt werden. Mit Bezugszeichen 4a ist die Ventilführung des Hubventiles bezeichnet.

Der Winkel ss beträgt dabei zwischen 20 und 90 , vorzugsweise etwa 55 , wobei-im Grundriss betrachtet-die Achse 7a des Werkzeuges in Richtung des Strömungseinlaufes in die Kanalspirale 3a gerichtet ist. In der in Fig. 1 gezeigte Variante schliesst dabei die Achse 7a des Werkzeuges zu einer ersten Bezugsebene 6 einen Winkel a zwischen etwa 40 und 140 , insbesondere zwischen 65 und 115 , vorzugsweise etwa 90 , ein. Die Bezugsebene 6 wird definiert durch die Zylinderachse 2a und die Ventilsitzmitte M im Bereich der Ventilsitzebene 5.

Der Schnittpunkt S der Achse 7a des Werkzeuges 7 mit einer Ventilsitzebene 5 der Ventilsitzfläche 5a ist dabei von der Ventilachse 4 beabstandet, wobei der Abstand E zwischen dem Schnittpunkt S und einer zweiten Bezugsebene 8, welche von der Ventilachse 4 und einer Parallelen 8a zur Achse 7a des Werkzeuges 7 aufgespannt wird, etwa-0, 3 und +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser dv beträgt. Der Schnittpunkt S weist weiters zu einer dritten Bezugsebene 9, welche normal auf die zweite Bezugsebene 8 durch die Ventilachse 4 verläuft, einen Abstand K auf, der zwischen-0, 3 und +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser dv beträgt.

Die bei der nachträglichen materialabtragenden Bearbeitung entstehende Bearbeitungsfläche B kann die Form eines Zylinder- oder Kegelsegementes oder eine beliebige rotationssymmetrische Form aufweisen, wobei - bei Verwendung eines konischen Werkzeuges - der Bearbeitungsdurchmesser Db in Strömungsrichtung zunimmt. Bei einem zylindrischen Werkzeug kann der Bearbeitungsdurchmesser Db zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmesser dv liegen. Hat das Werkzeug eine kegelige Form, so liegt der Bearbeitungsdurchmesser Db vorteilhafter Weise in einem Bereich zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmesser
EMI3.1
Fig. 3 zeigt den Zylinderkopf 1 in einer Schrägansicht von unten in Richtung der Achse 7a des materialabtragenden Werkzeuges 7. Deutlich ist die durch das Werkzeug 7 erzeugte schartenartige Bearbeitungsfläche B zu erkennen.

Mit den kurzstrichlierten Linien ist der unbearbeitete Kanalverlauf Bo angedeutet.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Drallerzeugender Einlasskanal (3) einer Brennkraftmaschine, welcher über eine eine Spi- ralenzunge (3b) aufweisende Kanalspirale (3a) in einen Zylinder (2) einmündet, da- durch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt (V) der Kanalspirale (3a) für maximalen Drall ausgelegt ist und durch eine materialabtragende Nachbearbeitung der Spiralenzunge (3b) der Kanalspirale (3a) vom ursprünglichen minimalen Strömungs- querschnitt für maximalen Drall auf einen Strömungsquerschnitt für einen gewünschten verminderten Drall erweitert ist.
2. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung durch ein rotationssymmetrisches, vorzugsweise spanabhebendes EMI4.1 und 90 ,45 bis 65 , besonders vorzugsweise um etwa 55 Grad geneigt ist.
3. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (7a) - in Richtung der Zylinderachse (2a) betrachtet-entgegen dem Strömungs- zulauf in die Kanalspirale (3a) gerichtet ist und vorzugsweise zu einer durch die Zylin- derachse (2a) und die Ventilsitzmitte (M) aufgespannten ersten Bezugsebene (6) einen Winkel (a) zwischen etwa 40 und 140 , vorzugsweise zwischen etwa 65 und 115 , besonders vorzugsweise etwa 90 , einschliesst.
4. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Schnittpunkt (S) der Achse (7a) des Werkzeuges (7) mit einer Ventil- sitzebene (5) von der Ventilachse (4) beabstandet ist.
5. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (S) von einer zweiten Bezugsebene (8), welche durch die Ventilachse (4) und eine Parallele (8a) zur Achse (7a) aufgespannt ist, um einen Abstand (E) von -0, 3 bis +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser (dv) entfernt ist.
6. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt (S) zu einer auf die zweite Bezugsebene (8) normalen dritten Be- zugsebene (9) durch die Ventilachse (4) einen Abstand (K) zwischen-0, 3 und +0, 3 mal dem Ventilsitzdurchmesser (dv) aufweist, wobei vorzugsweise der Schnittpunkt (S) auf der stromabwärtigen Seite der dritten Bezugsebene (9) liegt.
7. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Bearbeitungsfläche (B) zylindersegmentformig ist und einen dem Werkzeugdurchmesser entsprechenden Bearbeitungsdurchmesser (Db) aufweist, der zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmesser (dv) beträgt. <Desc/Clms Page number 5>
8. Drallerzeugender Einlasskanal (3) nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Bearbeitungsfläche kegelsegmentförmig ist und der Bearbeitungs- durchmesser (Db) in einem Bereich zwischen 0, 2 und 0, 6 mal dem Ventilsitzdurchmes- ser (dv) liegt.