AT402326B - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

AT 402 326 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen je Zylinder, wobei die zu den Einlaßventilen führenden Einlaßkanäle auf der selben Zylinderlängsseite angeordnet sind und die beiden Einlaßkanäle im Anschlußbereich des Saugrohres knapp nebeneinander münden und einer der Einlaßkanäle mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden sich über die gesamte 5 Kanalhöhe erstreckenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilkanäle ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils wieder vereinigen und der zweite Einlaßkanal und der diesem zugewendete Teilkanal des ersten Einlaßkanals gemeinsam mit einer Regelklappe od. dgl. im Durchfluß regelbar sind, wobei die Regelklappe od. dgl. in Schließstellung die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanals und des diesem zugewendeten Teilkanals des ersten Einlaßkanals abdeckt 70 Es sind Zylinderköpfe bekannt, bei welchen eines der Einlaßventile so ausgebildet ist, daß die Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, daß der zugehörige Einlaßkanal als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei Vollast und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine die angestrebte optimale Füllung des Zylinders auf Kosten der Drallerzeugung, welche in diesem Betriebsbereich gar nicht erwünscht ist, nicht erreicht wird. 75 Für die Anwendung, vor allem bei Mager-Ottomotoren LKW-Motoren (Bohrung z.B. 130 mm), ist für deren Verbrennungsverfahren bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein Drall, jedoch optimale Füllung erforderlich, für niedrige Last jedoch ist ein leichter Drall erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von geringer Bedeutung.

Aus der DE 36 19 550 A1 ist ein Zylinderkopf der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der erste 20 Einlaßkanal als drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die beiden Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Nachteilig ist dabei allerdings, daß im drallosen bzw. drallgestörten Fall der Durchfluß nicht optimal ist. 25 Ein ähnlicher Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen und zwei relativ kurzen Einlaßkanälen, von denen einer drallerzeugend ausgeführt ist, ist aus der EP 0 173 014 A2 bekannt. Dabei zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlaßkanal eine Bypaßleitung ab und mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer Regelklappe kann der Durchfluß des nicht drallerzeugenden Kanales und der Bypaßleitung geregelt werden. Durch diese Anordnung ist in ähnlicher Weise wie bei der 30 DE 36 19 550 A1 durch Störung des Dralles eine Drallregelung möglich.

Aus der EP 0 258 207 A2 ist ein Zylinderkopf für eine zweiventilige Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welchem der Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluß an den Einlaßkanal, einer der beiden Kanalteile mit einer 35 Regelklappe verschließbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regelklappe im Durchfluß geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregelten Kanalteil ergibt die in diesem Betriebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Voilast die bestmögliche Füllung des Zylinders erreicht werden, so wird die Klappe vollständig geöffnet und damit der gesamte Kanalquerschnitt freigegeben. Bei dieser Einströmung 40 ergibt sich eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gleichartiges Verhalten bezüglich Drallerzeugung und Füllung bei einer Mehrventilanordnung vorzuschlagen. Es wird also ein Drallsystem angestrebt, das für eine Mehrventilanordnung anwendbar ist und ein niedrig liegendes Drallintervall überstreicht. Dabei sollen die Nachteile vorbekannter Systeme, deren Drallregelung auf dem Prinzip der Drallzerstörung beruht, vermieden werden. 45 Die Erfindung besteht darin, daß beide Einlaßkanäle als Füllungskanäle ausgebildet sind, deren Kanalwände eine drallfreie Strömung im Kanal selbst gewährleisten und sich die Trennwand von einer seitlichen Begrenzungs- und Anschlußfläche des Zylinderkopfes bis in den Ventilraum des Einlaßventiles erstreckt.

Es wird hier mit einer einfachen Einrichtung für Teillast aufgrund einer Quasispiraleinströmung bei so einem Einlaßventil der gewünschte geringe Drall der Zylinderladung erzeugt. Die einströmende Luft wird durch die Trennwand auf eine Seite des Ventilschaftes, und zwar auf jene Seite, die von der Zylindermitte weiter entfernt ist, gelenkt und daher einerseits um den Ventilschaft zirkulieren und ähnlich wie bei einem Spiralkanal aus dem Ventilspalt drallbehaftet ausströmen. Andererseits wird die Luft, bedingt durch das einseitige Anströmen des Ventilraumes, aus diesem vor allem auf jener Seite des Ventiles ausströmen, die 55 von der Zylindermitte weiter entfernt ist, so daß im Zusammenwirken mit der Zylinderwand ebenfalls eine Drallströmung erzeugt wird.

Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann durch die Länge der Trennwand in Richtung Ventilschaft beeinflußt werden. 2

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Sind beide Einlaßkanäle voll geöffnet, so werden optimale Füllungseigenschaften erreicht und der resultierende Drall wird null oder nahezu null sein.

Die Verwendung von zwei Einlaßkanälen mit Trennwand und je einer Abschlußklappe für einen Teilkanal wäre nicht zielführend, weil keine optimalen Füllungs- und Strömungsverhältnisse erreicht werden könnten und außerdem der hiefür nötige bauliche Aufwand zu groß wäre.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schwenkachse der Regelklappe im Anschlußbereich des Saugrohres an die Trennwand Uber deren Höhe anschließen. Hiebei werden die Durchflußwerte praktisch nicht verschlechtert, weil die Regelklappe im ganz geöffneten Zustand strömungsgünstig eine Fortsetzung der Trennwand bildet.

Weiterhin könnte die Regelklappe auch an der anderen Seite (der Außenseite) des Flansches angelenkt sein, um eine bessere Regelbarkeit des drallerzeugenden Kanales zu erreichen.

Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Schwenkachse der Regelklappe im Anschlußbereich des Saugrohres horizontal und samt Regelklappe in Offenstellung in einer Ausnehmung des Saugrohres versenkt angeordnet ist. Durch die Versenkung der geöffneten Regelklappe im Saugrohr werden die Strömungsverhältnisse bzw. die Füllungseigenschaften gegenüber einem Ansaugkanal ohne Klappe nicht verschlechtert. Insbesondere bei Mehrzylindermotoren kann sich eine einfache Betätigungseinrichtung für die Regelklappen ergeben, weil die Achsen der Regelklappen in Motorlängsrichtung liegen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß zur Regelung der Durchflüsse durch den Zweiten Einlaßkanal und mindestens den diesem zugewendeten Teilkanal des Einlaßkanales ein im Anschlußbereich des Saugrohres quer zur Strömungsrichtung hin und herbewegbarer Schieber mit den Kanälen entsprechenden Ausschnitten vorgesehen ist.

Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann auf einfache Weise dadurch festgelegt werden, daß die Richtung der Trennwand im Bereich nahe dem zugehörigen Einlaßventil mit der Verbindungslinie zwischen der Zylindermitte und zugehöriger Ventilmitte einen Winkel Φ von 45 * bis 90' einschließt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse, Fig. 2 eine Ansicht entsprechend den Pfeilen II in Fig. 1 und die Fig. 3 bis 5 je ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Von der vorzugsweise mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 eine Zylinderbohrung 1 sowie ein Zylinderkopf 2 dargestellt. Die Zylindermitte bzw. die Zylinderachse ist mit 3 bezeichnet. Im Bilde links von der Zylinderachse 3 sind zwei Einlaßventile 4 und 5 vorgesehen, deren Achsen 4' bzw. 5' eine Ebene 6 bestimmen, die parallel zur seitlichen Begrenzungsfläche 7 des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist. Die beiden Auslaßventile sind mit 9 bzw. 10 und die zugehörigen Achsen mit 9' bzw. 10' bezeichnet. Die Auslaßkanäle sind, weil nicht erfindungswesentlich, im einzelnen nicht dargestellt.

Zum Einlaßventil 4 führt ein erster Einlaßkanal 13 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, in dessen Längsrichtung eine Trennwand 14 angeordnet ist, die sich von der seitlichen Begrenzungs- bzw. Anschlußfläche 7 bis in den Bereich des Einlaßventils 4 erstreckt. Durch diese Trennwand 14 wird der Einlaßkanal 13 in zwei Teilkanäle 13' und 13” geteilt, die sich im Bereich des Einlaßventiles 4 wieder vereinigen. Ein zweiter Einlaßkanal 15 mit ebenfalls im wesentlichen rechteckigem Querschnitt führt zum Einlaßventil 5. Während der Einlaßkanal 15 als echter Füllungskanal, also ohne Drallwirkung ausgebildet ist, kann durch die durch den Kanal 13" definierten Einströmverhältnisse eine vorbestimmte relativ geringe Drallwirkung erzielt werden. Die einströmende Luft wird durch die Trennwand 14 auf die von der Zylinderachse 3 weiter entfernte Seite des Ventilschaftes gelenkt und strömt den Ventilraum einseitig an, was im Zusammenwirken mit der Zylinderwand eine Drallströmung in Richtung des Pfeiles 11 erzeugt.

Im Anschlußbereich des Saugrohres 18 ist an der Trennwand 14 eine Regelklappe 19, deren Schwenkachse 20 unmittelbar an die Trennwand 14 anschließt und parallel zur Zylindermitte 3 verläuft. Die Regelklappe 19 ist in Richtung des Pfeiles 21 in die gestrichelt eingezeichnete Stellung schwenkbar, in welcher sie die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanales 15 sowie des Teilkanales 13' des Einlaßkanals 13 abschließt. In dieser Stellung der Regelklappe 19 ist nur der Teilkanal 13” des Einlaßkanales 13 geöffnet, was einer Teillast der Brennkraftmaschine entspricht und wobei die einströmende Ladung einen gewissen vorbestimmten Drall erfährt. Dieser Drall kann einerseits durch den Winkel Φ und andererseits durch den Abstand von Trennwandvorderkante zum Ventilschaft festgelegt werden. Der Winkel Φ wird gebildet von der Verbindungslinie 16 zwischen der Zylindermitte 3 und der Ventilmitte 4’ und der durch die Linie 17 dargestellten Richtung der Trennwand 14 in ihrem ventilnahen Endbereich. In der voll gezeichneten Offenstellung der Regelklappe 19, welche der Vollast entspricht, sind hingegen die beiden Einlaßventile 4 und 5 voll beaufschlagt, wobei die Füllung des Zylinders 1 optimal und der Drall der Ladung im Zylinder Null oder nur geringfügig ist. Weder die Trennwand 14 noch die daran anschließende Regelklappe 19 ergeben dabei einen nennenswerten Einströmwiderstand. 3

Claims (5)

1. AT 402 326 B In Fig. 2 sind die durch die Regelklappe 19 in deren in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Stellung überdeckten Kanalquerschnitte schraffiert veranschaulicht. Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß die auch in Fig. 2 eingezeichnete Achse 22 der Regelklappe 23 im Anschlußbereich des Saugrohres 18 horizontal verläuft, wobei die Regelklappe 23 samt Schwenkachse 22 in der voll dargestellten Offenstellung in einer Ausnehmung 24 des Saugrohres 18 versenkt angeordnet ist. Die Mündungsquerschnitte der Saugrohre 15 und 13 sind gleich wie in Fig. 2 für die erste Ausführungsform dargestellt. Die Regelklappe 23 weist dabei die Breite des schraffierten Teiles der Querschnitte auf. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 die mit 25 bezeichnete Regelklappe mit ihrer Achse 26 an der Außenseite des Mündungsbereiches des Saugrohres 18 angelenkt, um eine bessere Regelbarkeit des drallerzeugenden Einlaßkanales 13 zu erreichen. Diese Regelklappe 25 ist in ihrer gezeichneten Offenstellung ebenfalls versenkt im Saugrohr 18 angeordnet. Nach Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles 29 schließt diese Regelklappe in ihrer Schließstellung den Einlaßkanal 15 sowie den Teilkanal 13' des Einlaßkanales 13 ab. Auch Zwischenstellungen können wünschenswert sein. Nach Fig. 5 ist zur Regelung des Durchflusses ein hin- und herbewegbarer Schieber 27 mit einer entsprechenden Ausnehmung 28 vorgesehen. In der gezeichneten Stellung sind die Einlaßkanäle 15 und 13’ abgeschlossen, was einer geringen Teillast entspricht. Bei Vollast sind durch die Ausnehmung 28 sämtliche Einlaßkanäle geöffnet. Patentansprüche 1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen (4, 5) je Zylinder, wobei die zu den Einlaßventilen (4, 5) führenden Einlaßkanäle (13, 15) auf der selben Zylinderlängsseite angeordnet sind und die beiden Einlaßkanäle (13, 15) im Anschlußbereich des Saugrohres (18) knapp nebeneinander münden und einer der Einlaßkanäle (13) mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden sich über die gesamte Kanalhöhe erstreckenden Trennwand (14) versehen ist, welche zwei Teilkanäle (13*. 13") ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils (4) wieder vereinigen und der zweite Einlaßkanal (15) und der diesem zugewendete Teilkanal (13') des ersten Einlaßkanals (13) gemeinsam mit einer Regelklappe (19) od. dgl. im Durchfluß regelbar sind, wobei die Regelklappe (19) od. dgl. in Schließstellung die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanals (15) und des diesem zugewendeten Teiikanals (13’) des ersten Einlaßkanals (13) abdeckt, dadurch gekennzeichnet daß beide Einlaßkanäle (13, 15) als Füllungskanäle ausgebildet sind, deren Kanalwände eine drallfreie Strömung im Kanal selbst gewährleisten und sich die Trennwand (14) von einer seitlichen Begrenzungs- und Anschlußfläche (7) des Zylinderkopfes (2) bis in den Ventilraum des Einlaßventiles (4) erstreckt.
2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (20) der Regelklappe (19) im Anschlußbereich des Saugrohres (18) an die Trennwand (14) in Richtung der Höhenerstrek-kung der Trennwand (14) anschließt.
3. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (22) der Regelklappe (23) im Anschlußbereich des Saugrohres (18) horizontal und samt Regelklappe (23) in Offenstellung in einer Ausnehmung (24) des Saugrohres (18) versenkt angeordnet ist.
4. 4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Durchflüsse durch den zweiten Einlaßkanal (15) und mindestens den diesem zugewendeten Teilkanal (13’) des Einlaßkanals (13) ein im Anschlußbereich des Saugrohres (18) quer zur Strömungsrichtung hin- und herbewegbarer Schieber mit den Kanälen entsprechenden Ausschnitten vorgesehen ist.
5. 5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Trennwand (14) im Bereich (14’) nahe dem zugehörigen Einlaßventil (4) mit der Verbindungslinie zwischen der Zylindermitte (3) und zugehöriger Ventilmitte (4’) einen Winkel Φ von 45° bis 90” einschließt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4