DE19521347A1 - Ansaugkanalstruktur und Verfahren zu dessen Detailbestimmung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansaugkanal­ struktur für einen Zylinderkopf eines Motors und ein Verfah­ ren zur Bestimmung der Ansaugkanalstruktur.

Verschiedenen hydromechanischen Versuchen, die sich auf Techniken zur Bestimmung des Aufbaus von Ansaugkanälen be­ ziehen, insbesondere derjeniger, die in unmittelbarer Nähe von Ventillagern angeordnet sind, welche eine der wichtigen ausschlaggebenden Faktoren sind, die das Strömungsmuster der Einlaßluft in Zylindern steuern, ist viel Beachtung ge­ schenkt worden. Typischerweise wird ein derartiger Aufbau eines Ansaugkanals bezüglich der Mittellinie und der oberen und unteren Profile eines offenen Endes lediglich des An­ saugkanals ausgebildet und spezifiziert und dann in der Re­ alisierung durch Ausprobieren fertiggestellt. Verschiedene Anstrengungen sind unternommen worden, um den Ansaugkanal zu bestimmen, um so einen Wirbel in einer senkrechten Ebene zur Zylinderachse und einen vertikalen Sturz in einer Ebene parallel mit der Achse in einer Verbrennungskammer zu erzeu­ gen. Einer dieser Versuche ist der in der ungeprüften japa­ nischen Gebrauchsmusterschrift Nr. 4 - 137224 beschriebene. Der Versuch war der, daß, um für den Ansaugkanal einen er­ höhten Sturz zu erzeugen, der Ansaugkanal derart ausgebil­ det wurde, daß er auf die Auslaßöffnung in die Verbrennungs­ kammer in einem kleinen Winkel (welcher nachfolgend als ein Richtungswinkel bezeichnet wird) gerichtet wurde und dort auftraf, um so eine näherungsweise gerade Mittellinie zu ha­ ben, welche die Achse eines Ansaugventils schneidet und um so einen vergrößerten Querschnitt in Richtung eines zu er­ zeugenden Sturzes zu haben. Eine weitere in der ungeprüf­ ten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 5 - 340258 be­ schriebene Bemühung bestand darin, zwei Ansaugkanäle bereit­ zustellen, nämlich einen primären Ansaugkanal, der auf eine Auslaßendöffnung in die Verbrennungskammer in einem kleinen Richtungswinkel auftrifft und einem sekundären Ansaugkanal, welcher auf die Verbrennungskammer in einem großen Rich­ tungswinkel auftrifft und selektiv gemäß den Motorbetriebs­ bedingungen verwendet wird.

Während der Ansaugkanal auf die Verbrennungskammer in einem kleinen Richtungswinkel relativ zu einer Ebene auftrifft, in welcher eine Auslaßendöffnung in die Verbrennungskammer vorteilhaft ist, um einen Wirbel in der Verbrennungskammer zu verstärken, wird nichtsdestotrotz die Ansaugluftströ­ mung, welche in eine Tangentialrichtung des Zylinders ge­ zwungen wird, in Richtung der Mittelachse der Zylinder auf­ grund eines gekrümmten Übergangsteils zwischen dem Haupt­ teil des Ansaugkanals und dem Auslaßende oder Ventilteils abgelenkt, was zu einer Verschlechterung des Wirbels führt. Falls der Ansaugkanal ein derartiges gekrümmtes Übergangs­ teil nicht aufweist, so daß er gerade ist und die Mittel­ achse des Zylinders schneidet, ist es in der Praxis schwie­ rig für einen angrenzenden Teil zwischen dem geraden Teil des Ansaugkanals und dem Ventilteil einen Querschnittsauf­ bau mit geringen Widerstand vorzusehen, der für eine gleich­ mäßige Strömung der Ansaugluft notwendig ist. Des weiteren ist es beim Design eines Ansaugkanals typisch, eine Mittel­ linie und Einlaß- und Auslaßenden lediglich des Ansaugka­ nals zu definieren. Da Details der Ansaugkanalaufbauten nicht spezifiziert sind, ist es unmöglich, Strömungsmuster der Ansaugluft zu simulieren und zu analysieren. Demzufolge benötigen die hydromechanischen Untersuchungen eines derar­ tigen Ansaugkanals viel Zeit und eine Verbesserung des vor­ geschlagenen Ansaugkanals im Aufbau ist in einer kurzen Zeitspanne schwierig zu bewältigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine An­ saugkanalstruktur für einen Zylinderkopf eines Motors be­ reitzustellen, welche keinen erhöhten Widerstand gegen die Ansaugluft an einem Übergangshalsteil hat und es unab­ hängig vom Übergangshalsteil ermöglicht, die Mittellinie zu bestimmen, um so die Ansaugluftströmung in eine gewünschte Richtung zu lenken.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Festsetzen des Aufbaus eines Ansaugkanals für einen Zylin­ derkopf eines Motors vorzusehen, bei dem der Ansaugkanal keinen erhöhten Widerstand gegen die Ansaugluft an einem Übergangshalsteil hat und es unabhängig vom Übergangshals­ teil ermöglicht, die Mittellinie zu bestimmen, um so die An­ saugluftströmung in eine gewünschte Richtung zu lenken.

Die vorliegende Erfindung wurde gemäß experimentellem Wis­ sen durchgeführt, welches bewiesen hat, daß es für einen An­ saugkanal, welcher eine Mittellinie hat, die in einem erhöh­ ten Richtungswinkel ausgerichtet ist, um so einen verstärk­ ten Wirbel zu erzeugen, notwendig ist, daß der Ansaugkanal einen Übergangshals haben muß, welcher sich mit einem Krüm­ mungsradius krümmt, der so klein ist, daß er verhindert, daß die Ansaugluftströmung in Richtung der vertikalen Mit­ tellinie des Zylinders abgelenkt wird. Wenn eine Bezugs­ ebene zur Bestimmung eines Querschnittaufbaus und -fläche darin schrittweise zwischen einer oberen Bezugs ebene senk­ recht zur Mittellinie des Ansaugkanals und einer unteren Be­ zugsebene senkrecht zur Mittellinie eines Ventilkanals in einer Länge des Ansaugkanals verschoben wird, die für den Ansaugkanal notwendig ist, um die Richtwirkung des Ansaug­ luftstroms vorzusehen, wird unter einer derartigen Beding­ ung der Ansaugkanal davon abgehalten, den Widerstand gegen die Ansaugluftströmung aufgrund der Veränderung in der Quer­ schnittsfläche an dem gekrümmten Übergangsteil zu erhöhen. Falls die Querschnittsfläche des Ansaugkanals in diesen Be­ zugsebenen grundsätzlich gleich ist, wird die Querschnitts­ fläche in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie des Ansaug­ kanals schrittweise in Richtung des Ventilkanals enger, wo­ bei es der Ansaugkanal ermöglicht, daß die Ansaugluft in die Verbrennungskammer mit einer erhöhten Geschwindigkeit strömt, wodurch ein verstärkter oder starker Wirbel erzeugt wird.

Die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden da­ durch gelöst, daß eine Ansaugkanalstruktur für einen Zylin­ derkopf vorgesehen wird, in welchem ein Ansaugkanal derart ausgerichtet ist, daß er die Ansaugluftströmung in eine Ver­ brennungskammer in einer gewünschten Richtung durch einen Ventilkanal an dessen Ende einläßt. Der Ansaugkanal umfaßt ein Halsteil, das sich stromaufwärts von dem Ventilkanal er­ streckt, welcher derart aufgebaut ist, daß eine tangential zu einer Mittellinie des Halsteils liegende Linie die Ebene an einem Kreuzungspunkt zwischen einer Verlängerung der Mit­ tellinie des Halsteils und einer Mittellinie des Ventilka­ nals senkrecht zu einer Ebene, in welcher sich der Ventilka­ nal in die Verbrennungskammer öffnet, in einem gegebenen Winkel schneidet und daß es ungefähr dieselbe Querschnitts­ fläche in den Bezugsebenen aufweist, welche schrittweise zwischen einer oberen Bezugsebene senkrecht zu der Mittelli­ nie des Halsteils an einem gegebenen Abstand von dem Kreu­ zungspunkt und einer unteren Bezugs ebene senkrecht zu der Mittellinie des Ventilkanals an dem Kreuzungspunkt verscho­ ben sind. Der Ansaugkanal kann ein Übergangshalsteil mit ei­ ner Krümmungsmitte innerhalb des Ansaugkanals umfassen, wel­ cher in unmittelbarer Nähe zu dem Kreuzungspunkt vorgesehen ist, welcher sich mit einem Radius krümmt, der so klein ist, das er keinen Einfluß auf die Richtwirkung des Ansaug­ luftstromes hat.

Wenn der Zylinderkopf wenigstens zwei Ansaugkanäle hat, von denen einer derart aufgebaut ist, daß er einen Wirbel in ei­ ner Ebene senkrecht zur vertikalen Mittellinie des Zylin­ ders erzeugt und der andere derart aufgebaut ist, daß er ei­ nen Sturz in einer Ebene, die ungefähr parallel mit der ver­ tikalen Mittellinie des Zylinders ist, erzeugt, so umfaßt der eine Ansaugkanal einen Halsteil, das sich stromaufwärts vom Ventilkanal erstreckt und ein Übergangshalsteil, wel­ ches sich zwischen dem Halsteil und dem Ventilkanal er­ streckt, welcher mit einem Radius gekrümmt ist, der so klein ist, daß er keinen Einfluß auf die Richtwirkung des Ansaugluftstromes hat. Der Halsteil ist derart ausgebildet, daß eine tangential zu einer Mittellinie des Halsteils lie­ gende Linie die Ebene an einem Kreuzungspunkt zwischen ei­ ner Verlängerung zwischen der Mittellinie des Halsteils und einer Mittellinie des Ventilkanals senkrecht zu einer Ebene, in welcher sich der Ventilkanal in die Verbrennungs­ kammer öffnet, mit einem gegebenen Winkel schneidet und daß sie ungefähr die gleichen Querschnittsflächen in den Bezugs­ ebenen haben, welche schrittweise zwischen einer oberen Be­ zugsebene senkrecht zur Mittellinie des Halsteils und einem gegebenen Abstand von dem Kreuzungspunkt und einer unteren Bezugsebene senkrecht zur Mittellinie des Ventilkanals an dem Kreuzungspunkt verschoben wird.

Der Ansaugkanal kann eine innere Wand haben, welche benach­ bart zum Ventilkanal koaxial mit der Mittellinie des Ventil­ kanals durch Verwendung eines Schneidwerkzeugs mit einer oberen Kante abgeschrägt und mit einer vorbestimmten Krüm­ mung auf eine Höhe herausgeschnitten ist, so daß sie eine runde konkave Schulter entlang einer vorbestimmten Umfangs­ ausdehnung auf einer Seite ausbildet, wo der Ansaugkanal ei­ nen Wirbel in der Verbrennungskammer bezüglich der Mittelli­ nie der Ventilkanalmittellinie erzeugt und um eine vorbe­ stimmte Fertigungstoleranz zu beseitigen, welche notwendig ist, um eine Kante entlang einer vorbestimmten Umfangsaus­ dehnung an einer weiteren Seite gegenüberliegend zur einen Seite bezüglich der Mittellinie der Ventilkanalmittellinie zurückzulassen.

Es wird bevorzugt, daß das Halsteil in jeder Bezugsebene ei­ nen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die Mittellinie mit einem Krümmungsradius gekrümmt ist, der mehr als das dreifache so groß ist, wie ein Durchmesser des kreisförmi­ gen Querschnitts. Der Übergangshalsteil weist vorzugsweise einen Krümmungsradius mit weniger als der Hälfte eines Durchmessers des kreisförmigen Querschnitts auf.

Vor der endgültigen Fertigstellung weist der Halsteil vor­ zugsweise eine innere Wand auf, welche schrittweise stromab­ wärts beginnend von einem bestimmten Punkt oberhalb einer Ebene, in welcher eine Krümmungsmitte des Übergangshals­ teils angeordnet ist und welche senkrecht zur Mittellinie des Ventilkanals ist, und unterhalb eines Übergangspunkts des Übergangshalsteils zum Halsteil enger wird.

Mit der Ansaugkanalstruktur gemäß der vorliegenden Erfin­ dung kann die Ansaugluft in die Verbrennungskammer mit ei­ ner erhöhten Geschwindigkeit einströmen und erzeugt einen verstärkten oder starken Wirbel. Zusätzlich wird die Vertei­ lung der Strömungsgeschwindigkeiten, mit denen die Ansaug­ luft in eine Verbrennungskammer einströmt, unbedingt durch Einstellen des Richtungswinkels der Ansaugkanäle gesteuert. Da das Auslaßende des Ansaugkanals und des Ventilkanals präzise koaxial miteinander ist, strömt die Ansaugluft gleichmäßig in die Verbrennungskammer ein und ist innerhalb der Ansaugkanäle einheitlich.

Der derart aufgebaute Hals weist eine ausreichende Länge auf, welche notwendig ist, um die Ansaugluftströmung zusätz­ lich zu der sichergestellten Richtwirkung der Ansaugluft­ strömung gleichzurichten. Zusammen ermöglicht der Übergangs­ hals gemäß der vorliegenden Erfindung auf einfache Weise die maschinelle Herstellung und Fertigstellung der gesamten inneren Wand von dessen Ende und hat keinen Einfluß auf die Richtwirkung der Ansaugluftströmung.

Obige und andere Aufgaben und Kennzeichen der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform verständlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Bezeichnungen be­ trachtet werden, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht ist, welche eine Anordnung von Ansaugkanälen auf einem Zylinder­ kopf zeigt;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht des Ansaugkanals ent­ lang einer Mittellinie ist, wie sie entlang der Li­ nie P-P aus Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht eines Ansaugkanals entlang einer Mittellinie ist, wie sie entlang der Linie S-S aus Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 4 eine Darstellung ist, die die Bestimmung des Ansaug­ kanalaufbaus zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm ist, welches die Charakteristika des Ansaugkanals über das Wirbelverhältnis und die mitt­ lere Strömungsrate zeigt; und

Fig. 6(a) bis 6(c) Darstellungen sind, welche die Er­ gebnisse des Experiments über die Wirkung von Abwei­ chungen eines Kanalkerns auf das Wirbelverhältnis und die mittlere Strömungsrate darstellt.

Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail und insbeson­ dere auf die Fig. 1 bis 3, welche eine Anordnung von An­ saugkanälen eines Zylinderkopfs für einen Vierzylinderdie­ selmotor zeigen, ist der Zylinderkopf 1 mit einem primären und sekundären Ansaugkanal 4 und 5 und einem Hohlraum 3 aus­ gebildet, welcher eine Verbrennungskammer in Verbindung mit einer Zylinderbohrung 2 eines Zylinderblocks (nicht ge­ zeigt) ausbildet. Diese primären und sekundären Ansaugka­ näle 4 und 5 öffnen sich jeweils in Ventilkanäle 4b und 5b, welche Seite an Seite auf einer Seite einer horizontalen Mittellinie der Verbrennungskammer angeordnet sind. Der Zy­ linderkopf 1 ist des weiteren mit zwei Abgaskanälen (nicht gezeigt) ausgebildet, die sich jeweils in Ventilkanäle öffnen, welche Seite an Seite auf der anderen Seite der ho­ rizontalen Mittellinie der Verbrennungskammern angeordnet sind. Der primäre Ansaugkanal 4 hat ein im wesentlichen ge­ rades Halsteil 4a, das sich vom Ventilkanal 4b entlang ei­ ner bestimmten Länge erstreckt welche derart ausgebildet ist, daß eine Mittellinie in eine tangentiale Richtung be­ züglich der Zylinderbohrung 2 gerichtet ist, so daß ein la­ teraler Wirbel in der Zylinderbohrung 2 erzeugt wird. Der sekundäre Kanal 5 hat ein im wesentlichen gerades Halsteil 5a, welches sich vom Ventilkanal 5b entlang einer bestimm­ ten Länge erstreckt, welches derart ausgebildet ist, daß eine Mittellinie derart ausgerichtet ist, daß sie einen ver­ tikalen Sturz erzeugt. Jede dieser im wesentlichen geraden Halsteile 4a und 5b hat eine ausreichende Länge, um die Richtwirkung der Ansaugluftströmung zu erzeugen. Insbeson­ dere, wie in Fig. 2 klarer zu sehen ist, umfaßt der im we­ sentlichen gerade Halsteil 4a einen Übergangshalsabschnitt B, der mit einem kleinen Radius oder Krümmung r zwischen ei­ nem stromaufwärts geraden Halshauptabschnitt und einem stromabwärts geraden Halsabschnitt gekrümmt ist. Diese Hals­ abschnitte werden durch eine ununterbrochene Folge von im wesentlichen kreisförmigen Querschnitten mit Mittelpunkten auf einer Linie (welche als eine Mittellinie bezeichnet wird) Ap bestimmt, die sich anfänglich gerade, Übergangs­ weise gekrümmt mit einem Radius oder einer Krümmung r er­ strecken und gerade und tangential zu der Achse Vp eines An­ saugventils 10 enden. Der im wesentlichen gerade Halsteil 4a ist derart ausgerichtet daß die Verlängerung des Mittel­ linienabschnitts AP des stromaufwärts geraden Halshauptab­ schnitts eine Ebene schneidet, in welcher der Ventilkanal 4b sich in die Verbrennungskammer öffnet, senkrecht zu der Achse Vp des Ansaugventils 10 in einen Richtungswinkel Θp Von zum Beispiel 50°, was relativ klein ist. Der im wesent­ lichen gerade Halsabschnitt 4a setzt sich zu einem stromauf­ wärtigen Ansaugkanal über einen Übergangsansaugkanalab­ schnitt fort, der mit einem Radius oder Krümmung R gekrümmt ist. Der im wesentlichen gerade Halsabschnitt 4a kann einen gekrümmten Halsabschnitt anstelle des stromaufwärtigen gera­ den Halshauptabschnitts haben. In diesem Fall ist die Krüm­ mung des Mittellinienabschnitts Ap mehr als das dreifache so groß wie ein Durchmesser einer kreisförmigen Quer­ schnittsfläche des gekrümmten Halsteils 4a, wie es in einer Bezugsebene dargestellt ist. In diesem Fall bezieht sich die Bezugsebene, in welcher ein Querschnittsaufbau und -fläche des Halsteils 4a bestimmt ist, auf eine Ebene senk­ recht zur Mittellinie Ap in einem Abstand von der Ebene, in dem das Halsteil 4a sich in den Ventilkanal 4b zwischen der stromaufwärtigen Spitze des Halsteils 4a zum stromabwärti­ gen Ende des Halsteil 4a öffnet. Das Halsteil 4 ist derart aufgebaut, daß es die gleiche Querschnittsfläche in jeder Bezugs ebene aufweist.

Das im wesentlichen gerade Halsteil 4a kann einen gekrümm­ ten stromaufwärtigen Halshauptabschnitt aufweisen, dessen Mittellinienabschnitt Ap mit einer Krümmung von zum Bei­ spiel 100 mm anstelle des stromaufwärtigen geraden Hals­ hauptabschnitts gekrümmt ist. In diesem Fall bezieht sich der Richtungswinkel Θp des im wesentlichen geraden Halsab­ schnitts 4a auf einen Winkel, der zwischen einer Linie, wel­ che an einer Kreuzung der Verlängerung der gekrümmten Mit­ tellinie Ap des gekrümmten stromaufwärtigen Halsabschnitts vorbeigeht, und der Achse Vp des Ansaugventils 10 bestimmt wird und der tangential zu der gekrümmten Mittellinie Ap des gekrümmten stromaufwärtigen Halsabschnitts und der Ebene, in welcher der Ventilkanal 4b sich in die Verbren­ nungskammer öffnet, ist.

Läßt man zum Beispiel den gekrümmten Übergangshalsabschnitt B eine Querschnittsfläche mit einem inneren Durchmesser von 27 mm in einer Ebene senkrecht zu der Achse Vp des Ansaug­ ventils 10 sein, so hat der Mittellinienabschnitt Ap eine Krümmung r von ungefähr 7,5 mm und er hat seinen Krümmungs­ mittelpunkt Bc innerhalb des Ventilkanals 4b. In diesem Fall setzt sich der Übergangsansaugkanalabschnitt in den im wesentlichen geraden Halsabschnitt 4a dort und krümmt sich mit einer Krümmung R von ungefähr 45 mm.

Ähnlich, wie klar in Fig. 3 zu sehen ist, hat der im we­ sentlichen gerade Halsabschnitt 5a eine Mittellinie As, wel­ che anfänglich gerade ist, sich übergangsweise mit einer Krümmung S größer als die Krümmung r krümmt und derart en­ det, daß sie tangential zu der Achse Vs eines Ansaugventils (nicht gezeigt) in unmittelbarer Nähe zu einem Ventilkanal 5b ist. In diesem Fall ist die Krümmung S zum Beispiel 16 mm. Der im wesentlichen gerade Halsabschnitt 5a ist derart aus­ gerichtet, daß die Verlängerung des Mittellinienabschnitts As des stromaufwärtigen geraden Halshauptabschnitts eine Ebene schneidet, in welcher sich der Ventilkanal 5b in die Verbrennungskammer öffnet, senkrecht zu der Achse Vs des An­ saugventils in einem Richtungswinkel es, welcher größer ist, als der Richtungswinkel Θp für den im wesentlichen ge­ raden Halsabschnitt 4a.

Wenn der Motor unter niedriger Last arbeitet, ist der sekun­ däre Ansaugkanal 5 geschlossen, um so einen durch den primä­ ren Ansaugkanal 4 erzeugten Wirbel zu verstärken. Anderer­ seits, wenn der Motor unter hoher Last arbeitet, sind beide, primärer und sekundärer Ansaugkanal 4 und 5 geöff­ net, um so eine erhöhte Menge von Kraftstoffmischung in den Motor aufzunehmen.

Mit einer derartig aufgebauten Ansaugkanalstruktur wird ein Vektor der prinzipiellen Ansaugluftströmung in einer Vor­ wärtsrichtung erhöht, so daß ein Wirbel verstärkt wird, da der primäre Ansaugkanal 4 mit einem relativ kleinen Rich­ tungswinkel Θp in die Verbrennungskammer gerichtet und ge­ öffnet ist. Des weiteren, da der im wesentlichen gerade Hals­ teil 4a den mit einem kleinen Radius r gekrümmten Über­ gangshalsabschnitt B aufweist, wird ein gleichmäßiger konti­ nuierlicher Weg zum Ventilkanal 4b für die Ansaugluftströ­ mung gebildet und es wird verhindert, daß die prinzipielle Ansaugluftströmung in Richtung der Achse Vp des Ansaugven­ tils 10 verschoben wird, wodurch der Vektor der prinzipiel­ len Ansaugluftströmung aufgrund eines starken Anstiegs der Mittellinie Ap des im wesentlichen geraden Halsteils 4a re­ lativ zur Achse Vp des Ansaugventils 10 in einer Vorwärts­ richtung verstärkt aufrecht erhalten wird. Dies führt zu ei­ ner wirksamen Erzeugung eines Wirbels.

Da die Bezugsebene, in welcher ein Querschnittsaufbau und -fläche des Halsteils 4a bestimmt ist, senkrecht zu der Mittellinie Ap in jeder Entfernung entlang der gesamten Länge des im wesentlichen geraden Halsteils 4a von der strom­ aufwärtigen Spitze des Halsteils 4a zu dem stromabwärtigen Ende des Halsteils 4a ist, erhöht die Veränderung im Quer­ schnittsaufbau des Übergangshalsabschnitts B, der mit einem kleinen Krümmung r gekrümmt ist, nicht den Widerstand für den Ansaugluftstrom. Zusätzlich, da der Halsteil 4 in jeder Bezugsebene annähernd die gleiche Querschnittsfläche auf­ weist, wird der Halsteil 4a schrittweise enger. Dies erhöht die Geschwindigkeit des Ansaugluftstroms, wodurch ein Wir­ bel verstärkt wird.

Es wird nun die maschinelle Bearbeitung des Zylinderkopfs der vorliegenden Erfindung besprochen. Falls ein Zylinder­ kopf 1 keine Umkreisfertigungstoleranz entlang einem Teil der Ventilöffnung 4b hat nachdem vorab die interne Wand des Ansaugkanals 4 gefertigt worden ist, was möglicherweise auf­ grund einer Abweichung eines Kerns während dem Gießen des Zylinderkopfs auftritt, so wird der Zylinderkopf 1 mit ei­ ner Stufe zwischen dem offenen Ende des Ansaugkanals 4 und dem Ventilsitz 6 ausgebildet. Eine derartige Stufe hat ei­ nen nachteiligen Effekt auf die Ansaugluftstrom im Ansaugka­ nal 4. Um die Bildung einer Stufe zu verhindern, werden der Ventilkanal 4b und das offene Ende des Ansaugkanals 4 gleichzeitig und koaxial mit der Achse Vp des Ansaugventils 10 mittels eines Schneidwerkzeugs 7 gefertigt und mit einer oberen Kante abgeschrägt und mit einer bestimmten Krümmung gerundet. Insbesondere schneidet das Schneidwerkzeug 7 die innere Wand des Ansaugkanals 4 auf eine Höhe, so daß einer­ seits eine gerundete konkave Schulter a entlang einer be­ stimmten Umfangausdehnung des Ansaugkanals 4a benachbart zum Ventilkanal 4b auf einer Seite ausgebildet wird, wo ein Wirbel in der Verbrennungskammer (welche der Einfachheit halber als eine Wirbelseite bezeichnet wird) bezüglich der Mittellinie Ap des Ansaugkanals 4 erzeugt wird und so daß andererseits, eine Kante b entlang einer bestimmten Umfang­ ausdehnung des Ventilkanals 4b auf der anderen Seite gegen­ über der Wirbelseite bezüglich der Mittellinie Ap des An­ saugkanals 4 gelassen wird. Es ist vorteilhaft, den Über­ gangshalsabschnitt B mit einer kleinen Krümmung r in unmit­ telbarer Nähe zu der Kreuzung der Mittellinie Ap des Ansaug­ kanals 4 und der Achse Vp des Ansaugventils 10 gekrümmt vor­ zusehen, um einen vorab gefertigten Zylinderkopf 1 mit ei­ ner Fertigungstoleranz zu belassen, welche sich entlang des gesamten inneren Umfangs des Ventilkanals am Ende des An­ saugkanals 4 erstreckt und die von der Wirbelseite bezüg­ lich Vp des Ansaugventils 10 abgesetzt ist.

Des weiteren, um einerseits den primären Ansaugkanal 4 ei­ nem Umfangfertigungstoleranz zu lassen und andererseits um es einfacher zu machen, einen Kern von der Seite des Hohl­ raums einzusetzten und zu befestigen, ist der Halsteil 4a derart aufgebaut, daß er eine innere Wand aufweist, die schrittweise stromabwärts beginnend von einem speziellen Punkt für die Fertigung länger wird. Die engste Öffnung des Halsteils 4a vor der Fertigung ist mit einem Bezugszeichen c angezeigt. Der bestimmte Punkt ist oberhalb einer Ebene, in welcher der Mittelpunkt Bc der Krümmung des Übergangs­ halsabschnitts B angeordnet ist und welche senkrecht zu der Achse Vp des Ansaugventils 10 und unterhalb eines Übergangs­ punkts von dem gekrümmten Übergangshalsabschnitt B zu dem stromaufwärtigen geraden Halshauptabschnitt des Halsteils 4a ist.

Die Aufbaubestimmungsart eines gekrümmten Halsteils 4a des Ansaugkanals 4 wird mit Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. In diesem Fall umfaßt der Halsteil 4a einen gekrümmten stromaufwärtigen Halshauptabschnitt, einen Übergangshalsab­ schnitt, der mit einer kleinen Krümmung r gekrümmt ist, und einen stromabwärtigen geraden Halsabschnitt. Wie zuvor be­ schrieben wurde, kann der stromaufwärtige Halshauptab­ schnitt des Halsteils 4a gerade sein. Zuerst wird eine Mit­ tellinie Ap definiert, so daß der Halsteil 4a auf den Ven­ tilkanal 4b in einem gegebenen Richtungswinkel Θp auf­ trifft, welcher als der Winkel zwischen einer Linie, welche an einer Kreuzung D der Verlängerung der gekrümmten Mittel­ linie Ap der gekrümmten stromaufwärtigen Halsabschnitts vor­ beigeht, und der Achse Vp des Ansaugventils 10 definiert ist und der tangential zu der gekrümmten Mittellinie Ap der gekrümmten stromaufwärtigen Halsabschnitts und der Ebene ist, in welcher der Ventilkanal 4b sich in die Verbrennungs­ kammer öffnet. In diesem Fall hat der Halsteil 4a eine gege­ bene Länge L, gemessen von der Kreuzung D der Verlängerung der gekrümmten Mittellinie Ap des gekrümmten stromaufwärti­ gen Halsabschnitts und der Achse Vp des Ansaugventils 10. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, welche die Krümmungscharakteri­ stik des Ansaugkanals auf das Wirbelverhältnis und den Koef­ fizient des mittleren Strömungsrate bezüglich der Richtungs­ winkel Θp gemäß den Ergebnissen der Experimente zeigt, um für den Ansaugkanal 4 eine wirksame Wirbelintensität zu si­ chern, zum Beispiel einen geeigneten Bereich von Wirbelver­ hältnissen SPi, und um den Widerstand für den Ansaugluft­ strom auf einem Minimum zu halten, zum Beispiel um einen großen Anstieg im Koeffizienten der mittleren Strömungsrate Cf zu verhindern, liegt dort die niedrigste Grenze im Rich­ tungswinkel Θp. In Anbetracht dieser grundsätzlichen Fakto­ ren ist ein geeigneter Richtungswinkel Θp größer als 45°. Danach wird ein gekrümmter Übergangshalsabschnitt B mit ei­ ner Krümmung r bestimmt, um so seinen Krümmungsmittelpunkt Bc innerhalb des Ventilkanals 4b liegend zu haben. Insbeson­ dere wird gewünscht, daß die Krümmung r kleiner als eine Hälfte des Durchmessers D eines Querschnitts des Halsteils 4a in der Bezugsebene ist. Des weiteren wird der Halsteil 4a derart bestimmt, daß er für die Querschnitte in den je­ weiligen Bezugsebenen zwischen der stromaufwärtigen Spitze des Halsteils 4a zu dem stromabwärtigen Ende des Halsteils 4a ungefähr den gleichen Aufbau, wie zum Beispiel den eines Kreises, und Fläche vorsieht. Die Länge L des Halsteils 4a ist vorzugsweise größer als der Durchmesser B des Quer­ schnitts in der Bezugsebene.

Das offene Ende des Halsteils 4a mit der inneren Wand, die schrittweise stromabwärts länger wird und der Ventilöffnung 4b werden gleichzeitig und koaxial mit der Achse Vp des An­ saugventils 10 mittels eines Schneidwerkzeugs 7 fertigge­ stellt. Der Punkt, von dem die innere Wand des Halsteils 4a schrittweise enger zu werden beginnt, liegt über einer Stan­ dardebene, welche den Krümmungsmittelpunkt Bc des Übergangs­ halsabschnitts B mit der Krümmung r passiert, und ist sen­ krecht zu der Achse Vp des Ansaugventils 10 und in einer Höhe h von der Standardebene, welche geringer als eine Höhe H von der Standardebene ist, bei welcher der Übergangspunkt von dem gekrümmten Übergangshalsabschnitt B zu dem stromauf­ wärtigen Halshauptabschnitt des Halsteils 4a angeordnet ist.

Das Schneidwerkzeug 7 schneidet die innere Wand des Ansaug­ kanals 4 derart, daß einerseits eine gerundete konkave Schulter a entlang einer bestimmten Umkreisausdehnung des Ansaugkanals 4a ausgebildet wird, der benachbart zu dem Ven­ tilkanal 4b auf der Wirbelseite bezüglich der Mittellinie Ap des Ansaugkanals 4 ist, und andererseits daß eine Kante b entlang einer bestimmten Umkreisausdehnung des Ventilka­ nals 4b auf der anderen Seite gegenüber der Wirbelseite be­ züglich der Mittellinie Ap des Ansaugkanals 4 hinterlassen wird.

Die Fig. 6(A) bis 6(C) stellen die Ergebnisse des Expe­ rimentes über die Auswirkung der Abweichung eines Kanal­ kerns auf das Wirbelverhältnis dar. Eine Abweichung δ des Kerns für das Auslaßende des Ansaugkanals in dem in Fig. 6 (A) gezeigten Muster hat direkte Wirkungen auf die Verände­ rungen im Wirbelverhältnis, wie in Fig. 6 (B) gezeigt ist. Die Abweichung eines Kerns hat mehr Einfluß auf eine Verän­ derung im Wirbelverhältnis eines tangentialen geraden Ka­ nals als die eines schraubenförmigen geraden Kanals. Es gibt eine enge Beziehung zwischen der Länge eines Halsteil und der Abweichung eines Kerns. Wenn der gerade Halsteil des Ansaugkanals eine ausreichende Länge hat, um den Ansaug­ luftstrom gleichzurichten, wird die Veränderung im Wirbel­ verhältnis unterdrückt. Insbesondere, wie in Fig. 6 (C) ge­ zeigt ist, wenn die Länge eines geraden Halsteils L länger ist als der Durchmesser D des Ansaugkanals, so wird die Veränderung im Wirbelverhältnis pro 1 (einem) mm weniger als 5% unterdrückt. In der Massenherstellung von Zylinder­ köpfen ist es einfach die Abweichungen eines Kerns inner­ halb 1 (eines) mm zu steuern, wobei die Steuerung der Cha­ rakteristika des tangentialen Kanals eine befriedigende Wir­ kung mit sich bringt.

Es ist zu verstehen, daß obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf einen Zylinderkopf für einen Dieselmotor mit zwei Ansaugkanälen pro Zylinder beschrieben worden ist, dies nicht nur für Zylinderköpfe mit einem einzelnen Ansaug­ kanal oder eine Vielzahl von Ansaugkanälen pro Zylinder son­ dern auch für Zylinderköpfe mit einem einzelnen Ansaugkanal oder einer Vielzahl von Ansaugkanälen pro Zylinder für Ben­ zinmotoren erreicht wurde. Des weiteren werden dem Fachmann verschiedene andere Ausführungsformen und Abweichungen er­ kennbar werden, welche innerhalb des Schutzumfangs der Er­ findung liegen und derartige weitere Ausführungsformen und Abweichungen sollen von den nachfolgenden Ansprüchen abge­ deckt werden.

Claims (19)

1. Ansaugkanalstruktur für einen Zylinderkopf, in welchem ein Ansaugkanal derart ausgerichtet ist, daß er die An­ saugluftströmung in eine Verbrennungskammer in einer ge­ wünschten Richtung durch einen Ventilkanal an dessen Ende einläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal ein Halsteil umfaßt , das sich stromauf­ wärts von dem Ventilkanal erstreckt, welcher derart auf­ gebaut ist, daß eine tangential zu einer Mittellinie des Halsteils liegende Linie die Ebene an einem Kreu­ zungspunkt zwischen einer Verlängerung der Mittellinie des Halsteils und einer Mittellinie des Ventilkanals senkrecht zu einer Ebene, in welcher sich der Ventilka­ nal in die Verbrennungskammer öffnet, in einem gegebe­ nen Winkel schneidet und daß es ungefähr dieselbe Quer­ schnittsfläche in den Bezugsebenen aufweist, welche schrittweise zwischen einer oberen Bezugsebene senk­ recht zu der Mittellinie des Halsteils an einem gegebe­ nen Abstand von dem Kreuzungspunkt und einer unteren Be­ zugsebene senkrecht zu der Mittellinie des Ventilkanals an dem Kreuzungspunkt verschoben sind.

2. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal ein Übergangshalsteil in unmittelbarer Nähe zum Kreuzungspunkt aufweist, wobei das Übergangshals­ teil mit einem derart kleinen Radius gekrümmt ist, daß es keine Wirkung auf die Richtwirkung des Ansaugluft­ stroms hat.

3. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ saugkanal in eine Richtung tangential zu einem Zylinder in eine Ebene ungefähr senkrecht zu einer vertikalen Mittellinie des Zylinders ausgerichtet ist, so daß ein Wirbel in einer Ebene senkrecht zu der vertikalen Mit­ tellinie des Zylinders erzeugt wird und daß ein wei­ terer Ansaugkanal mit einem Halsteil vorgesehen ist, welches sich vom Ventilkanal erstreckt, und welches eine Mittellinie hat, die sich gerade in Richtung einer Verbrennungskammer erstreckt und welches in Richtung der vertikalen Mittellinie des Zylinders ausgerichtet ist, so daß ein Sturz in einer Ebene ungefähr parallel mit der vertikalen Mittellinie des Zylinders erzeugt wird.

4. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaugkanal eine innere Wand aufweist, die zum Ventilka­ nal benachbart ist, welcher koaxial mit der Mittellinie des Ventilkanals bis zu einer Höhe ausgeschnitten ist, so daß eine gerundete konkave Schulter entlang einer vorbestimmten Umkreisausdehnung auf einer Seite ausge­ bildet wird, wo der Ansaugkanal einen Wirbel in der Ver­ brennungskammer bezüglich der Mittellinie der Ventilka­ nalmittellinie erzeugt und um eine vorbestimmte Ferti­ gungstoleranz zu entfernen, welche notwendig ist, um eine Kante entlang einer vorbestimmten Umfangausdehnung auf der anderen Seite gegenüberliegend der einen Seite bezüg­ lich der Mittellinie der Ventilkanalmittellinie zu be­ lassen.

5. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangshalsteil einen Krümmungsmittelpunkt innerhalb des Ansaugkanals aufweist.

6. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil einen kreisförmigen Querschnitt in jeder Bezugs ebene aufweist und daß die Krümmung des Übergangs­ halsteils geringer als die Hälfte eines Durchmessers des kreisförmigen Querschnitts ist.

7. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil eine Mittellinie aufweist, welche ungefähr ge­ rade ist.

8. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil einen kreisförmigen Querschnitt in jeder Bezugsebene aufweist und eine Mittellinie aufweist, wel­ che mit einer Krümmung gebogen ist, die mehr als drei­ mal so lang wie ein Durchmesser des kreisförmigen Quer­ schnitts ist.

9. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil einen kreisförmigen Querschnitt in jeder Bezugs ebene aufweist und der gegebene Abstand größer als ein Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts ist.

10. Ansaugkanalstruktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalteil eine innere Wand aufweist, welche stromab­ wärts schrittweise beginnend von einem bestimmten Punkt oberhalb einer Ebene, in welcher ein Krümmungsmittel­ punkt des Übergangshalsteils angeordnet ist und welche senkrecht zur Mittellinie des Ventilkanals und unter­ halb eines Übergangspunkts vom Übergangshalsteil zu dem Halsteil ist, enger wird.

11. Verfahren zum Bilden einer Ansaugkanalstruktur für ei­ nen Zylinderkopf, in welchem eine Mittellinie eines An­ saugkanals derart bestimmt ist, daß der Ansaugkanal den Ansaugluftstrom in eine vorbestimmte Richtung in eine Ebene senkrecht zu einer vertikalen Mittellinie eines Zylinders in eine Verbrennungskammer lenkt, wobei das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:
Bestimmen einer Mittellinie eines Halsteils des An­ saugkanals nahe einem Ventilkanal, der benachbart zum Ansaugkanal ist, so daß eine tangential zur Mittellinie des Halsteils liegende Linie die Ebene an einem Kreu­ zungspunkt zwischen einer Verlängerung der Mittellinie des Halsteils und einer Mittellinie des Ventilkanals senkrecht zu einer Ebene, in welcher der Ventilkanal sich in die Verbrennungskammer öffnet, in einem gegebe­ nen Winkel schneidet;
Bestimmen der Querschnitte in der Bezugsebene, die schrittweise zwischen einer oberen Bezugsebene sen­ krecht zur Mittellinie des Halsteils in einen gegebenen Abschnitt vom Kreuzungspunkt und einer unteren Bezugse­ bene senkrecht zur Mittellinie des Ventilkanals bei dem Kreuzungspunkt derart verschoben ist, daß sie ungefähr den gleichen Aufbau und gleiche Fläche aufweisen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Übergangshalsteil bestimmt wird, der mit einem derart kleinen Radius gekrümmt ist, daß er keinen Einfluß auf die Richtwirkung des Ansaugluftstroms in unmittelbarer Nähe des Kreuzungspunkt hat.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine innere Wand des Ansaugkanals die zum Ventilkanal benachbart ist, derart bestimmt wird, daß, wenn die innere Wand koaxial mit der Mittellinie des Ventilkanals mittels eines Schneidwerkzeugs mit einer oberen Kante abgeschrägt und mit einer vorbestimmten Krümmung auf eine vorbestimmte Höhe abgerundet wird, die innere Wand mit einer gerunde­ ten Schulter entlang einer vorbestimmten Umfangausdeh­ nung auf einer Seite bezüglich der Mittellinie der Ven­ tilkanalmittellinie und einer Kante entlang einer vorbe­ stimmten Umfangausdehnung auf der anderen Seite gegen­ überliegend der einen Seite bezüglich einer Mittellinie der Ventilkanalmittellinie als ein Ergebnis des Entfer­ nens der vorbestimmten Fertigungstoleranz belassen wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die Krümmung des Übergangshalsteils derart bestimmt wird, daß ein Krüm­ mungsmittelpunkt innerhalb des Ansaugkanals angeordnet wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Halsteil der­ art bestimmt wird, daß es einen kreisförmigen Quer­ schnitt in jeder Bezugs ebene aufweist und die Krümmung des Übergangshalsteils geringer als die Hälfte eines Durchmessers des kreisförmigen Querschnitts ist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Halsteil der­ art bestimmt wird, daß es eine ungefähr gerade Mittel­ linie aufweist.

17. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Halsteil der­ art bestimmt wird, daß es einen kreisförmigen Quer­ schnitt in jeder Bezugsebene aufweist und eine Mittelli­ nie hat, welche mit einer Krümmung gekrümmt ist, die mehr als dreimal so lang wie ein Durchmesser des kreis­ förmigen Querschnitts ist.

18. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Halsteil der­ art bestimmt ist, daß es einen kreisförmigen Quer­ schnitt in jeder Bezugs ebene hat und der gegebene Ab­ stand größer als ein Durchmesser des kreisförmigen Quer­ schnitts ist.

19. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Halsteil der­ art bestimmt wird, daß es eine innere Wand aufweist, welche stromabwärts schrittweise beginnend von einem be­ stimmten Punkt oberhalb einer Ebene, in welcher ein Krümmungsmittelpunkt des Übergangshalsteils angeordnet ist und welcher senkrecht zur Mittellinie des Ventilka­ nals und unterhalb eines Übergangspunkts vom Übergangs­ halsteil zum Halsteil ist, enger wird.