AT402433B - Zylinderkopf für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

AT 402 433 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit je zwei hängend angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen für jeden Zylinder, von denen jeweils ein Einlaß- und ein Auslaßventil bezüglich der Zylinderachse einander gegenüberliegen und die durch die Achsen der gegenüberliegenden Ventile gelegten Ebenen zueinander einen Winkel von etwa 90· einschließen und zum in bezug auf den Drehsinn der Verbrennungsluft im Zylinder ersten Einlaßventil ein Spiralkanal und zum zweiten Einlaßventil ein Tangentialkanal führen, die von derselben Seitenwand des Zylinderkopfes ausgehen, wobei zwischen den beiden Einlaßventilen im Bereich der Kanalspirale eine Wand vorgesehen ist.

Bei Zylinderköpfen für Motoren mit drei oder mehr Ventilen pro Zylinder kann es bei kleinen Zylinderbohrungen sehr schwierig werden, genügend Platz für die mehrventiligen Einlaßkanäle bereitzustellen, um ausreichende Strömungsquerschnitte zu erreichen. Besonders dann, wenn eine drallbehaftete Strömung für die Gemischaufbereitung und Verbrennung benötigt wird, werden die Platzverhältnisse schwierig, da vorzugsweise eine Spiralkanal-Schrägkanal-Kombination eingesetzt wird. Bei dieser Kombination, welche in der AT 326 422 B beschrieben ist, ist jene Anordnung gewählt, bei der, in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft im Zylinder gesehen, der Spiralkanal vor dem Tangentialkanal zu liegen kommt, weil dann eine optimale gegenseitige Unterstützung der aus dem Ventilspalt strömenden Luft zu einer Drallströmung erfolgt.

In der AT 331 575 B dagegen ist eine Anordnung geoffenbart, bei der, in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft im Zylinder gesehen, der Tangentialkanal vor dem Spiralkanal angeordnet ist. Dabei schließt eine durch gegenüberliegende Ventile gelegte Ebene mit der zur Motorlängsmittelebene senkrechten Ebene einen spitzen Winkel ein. Die beiden Einlaßkanäle gehen wie bei der AT 326 422 B von derselben Seitenwand des Zylinderkopfes aus, wobei die Einlaßkanäle schon vor dem Eintritt in den Zylinderkopf durch eine Trennwand völlig getrennt sind. Dies erlaubt allerdings keine Freiheiten in der Auslegung der Querschnittsfläche der Einlaßkanäle.

Aus der DE 36 19 550 A1 ist eine Einlaßkanalanordnung für einen Zylinderkopf mit einem Tangential-und einem Spiralkanal bekannt, bei der der Tangentialkanal von einem von der Seitenwand des Zylinderkopfes ausgehenden gemeinsamen Eintrittskanal abzweigt, wobei zwischen den beiden Kanälen eine bis fast zur Seiten wand des Zylinderkopfes reichende Strömungstrennwand vorgesehen ist. Spiralkanal und Tangentialkanal sind auch hier nicht in der eingangs genannten Art angeordnet, sodaß eine optimale gegenseitige Unterstützung der aus dem Ventilspalt strömenden Luft zu einer Drallströmung nicht gegeben ist. Der abschaltbare Tangentialkanal hat vielmehr die Aufgabe in bestimmten Betriebsbereichen die Verwirbelung durch den Drallkanal abzuschwächen und den Füllungsgrad zu erhöhen. Dies trifft auch auf die DE 36 28 366 A1 zu, in der ein Zylinderkopf mit einer ähnlichen Zwillings-Zulaufbohrungskonstruktion mit veränderlicher Wirbelbildung gezeigt ist. Eine optimale gegenseitige Unterstützung der einströmenden Luft zu einer Drallströmung ist auch hier nicht gegeben.

Die AT 295 932 B zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Einlaßkanal, der sich unmittelbar vor dem Eintritt in den Zylinderkopf in zwei Neutralkanäle aufspaltet. Eine Drallerzeugung durch einen der beiden Kanäle ist nicht vorgesehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für einen Zylinderkopf mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen eine platzsparende Anordnung der Einlaßkanäle anzugeben, wobei - ohne auf die Vorteile der bekannten gattungbildenden Anordnung zu verzichten - ausreichende Querschnitte für die Einlaßströmung bereitgestellt werden sollen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die durch das erste Einlaßventil und das bezüglich der Zylinderachse gegenüberliegende Auslaßventil gelegte Ebene in an sich bekannter Weise mit der zur Motorlängsmittelebene senkrechten Ebene einen spitzen Winkel einschließt, der vorzugsweise zwischen 15* und 60* liegt, wobei der zum zweiten Einlaßventil führende Tangentialkanal, wie an sich ebenfalls bekannt, von dem von der Seitenwand des Zylinderkopfes ausgehenden gemeinsamen Einlaßkanal im Bereich der zum ersten Einlaßkanal führenden Kanalspirale abzweigt, zu welchem Zweck die Wand als an sich bekannte Strömungstrennwand ausgeführt ist und im gemeinsamen Einlaßkanal unmittelbar neben der zum ersten Einlaßventil führenden Kanalspirale beginnt. Wesentlich dabei ist, daß beide Einlaßventile über einen Kanalflansch versorgt werden und in diesem Bereich keine trennende Wand zwischen dem vorne liegenden Spiralkanal und dem Tangentialkanal liegt, sodaß die fehlende Trennwand eine günstige Auslegung der Querschnittsfläche erlaubt. Die unmittelbar neben der zum ersten Einlaßventil führenden Kanalspirale beginnende Strömungstrennwand kann parallel zu den Ventilachsen oder aber auch senkrecht dazu verlaufen. Bei dieser Ausbildung der Trennwand kann bei der Entwicklung des Zylinderkopfes die Trennwand zunächst reichlich lang ausgeführt und sodann durch schrittweises Kürzen die einerseits für die Herstellung und andererseits hinsichtlich der Strömungsverhältnisse beste Länge gefunden werden.

Im Rahmen der Erfindung kann auch der äußerste Teil der Strömungstrennwand als eine schwenkbare Klappe von solcher Breite ausgebildet sein, daß sie den Strömungsquerschnitt des Spiralkanales bzw. des 2

Claims (2)

1. AT 402 433 B Tangentialkanales in der in diese eingeschwenkten Stellung mindestens größtenteils abschließt. Damit kann eine Steuerung des Dralles erreicht werden, weil in einer Stellung der Klappe beide Einlaßventile voll beaufschlagt werden, wobei ein vorbestimmter Drall erzeugt wird. Wird die Klappe in den Zulauf zum Spiralkanal oder zum Tangentialkanal hineinverschwenkt, so wird der Anteil der in den Zylinder gelangenden drallbehafteten Luft und damit das Drallniveau im Zylinder verändert. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes gemäß der Erfindung im Axialschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf den selben Zylinderkopf bei abgenommenem Deckel, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie lll-lll in Fig. 1 und Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt entsprechend Fig. 3 in vergrößerter Darstellung, wobei die Bezugszeichen für gleichartige Teile unverändert beibehalten wurden. Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte wassergekühlte Viertakt-Brennkraftmaschine ist mehrzylindrig, es ist jedoch nur der Zylinderkopf 3 im Bereich eines Zylinders 4 dargestellt. Die Lauffläche des Zylinders 4 ist mit 4' bezeichnet. Der Zylinderkopf 3 weist je zwei hängend angeordnete Einlaßventile 1, 1' und zwei Auslaßventile 2, 2' auf, wobei sich jeweils ein Einlaßventil und ein Auslaßventil bezüglich der Zylinderachse 5 gegenüberliegen. Die durch die Achsen der Ventile 1' und 2 gelegte Ebene 9 und die durch die Achsen der Ventile 1 und 2' gelegte Ebene 10 sind durch je eine strichpunktierte Linie angedeutet. Die beiden Ebenen 9 und 10 schließen zueinander einen Winkel von 90* ein. Die Ebene 9 schließt gegenüber der zur Motorlängsmittelebene 6 senkrechten Ebene 11 einen spitzen Winkel α ein, der vorzugsweise zwischen 15 * und 60 * liegen kann. Die Betätigung der Einlaßventile 1 und 1' als auch der Auslaßventile 2 und 2' erfolgt durch die Nockenwelle 21, welche im Zylinderkopf 3 gelagert ist. In Fig. 1 ist der Antrieb der Einlaßventile 1 und 1' dargestellt. Dieser erfolgt durch die Nockenwelle 21 über einen Kipphebel 22, welcher auf der Achse 23 schwenkbar gelagert ist und am Nocken 34 mit einer Rolle 24 angreift. Die beiden Ventile 1 und Γ werden gleichzeitig über die Brücke 25 betätigt, welche auf dem mit dem Zylinderkopf 3 fest verbundenen Bolzen 26 axial gleitbar gelagert ist. Diese Brücke greift an den von Druckfedern 27 über Federteller 28 belasteten Einlaßventilen 1 und 1' an, wobei eine Einstellmöglichkeit durch die Stellschraube 29 gegeben ist. Der Kipphebel 22 greift an der Brücke 25 über eine weitere Stellschraube 30 an. Die Auslaßventile 2 und 2' werden analog über einen Kipphebel 31 vom Nocken 32 der Nockenwelle 21 betätigt. Über den mittleren Nocken 35, die Rolle 36 und den Kipphebel 37 wird die mit ihrer Achse in der Zylinderachse 5 angeordnete Pumpedüse in nicht näher dargestellter Weise angetrieben. Die beschriebenen Steuerungselemente sind durch den Deckel 33 abgedeckt. Zum Einlaßventil 1 führt ein Tangentialkanal 7 und zum Einlaßventil 1' ein Spiralkanal 8, dessen Kanalspirale mit 8' bezeichnet ist. Die beiden Kanäle 7 und 8 zweigen von dem einzigen die Seitenwand 12 des Zylinderkopfes durchsetzenden Kanal 13 ab. Der zum Einlaßventil 1' führende Spiralkanal 8 liegt im Bezug auf den durch den Pfeil 16 angedeuteten Drehsinn der Zylinderladung vor dem Einlaßventil 1, zu welchem der Tangentialkanal 7 führt. Dies ist wesentlich, weil auf diese Weise der durch den Drallkanal 8 erzeugte Drall der Verbrennungsluft im Zylinder durch den Tangentialkanal 7 verstärkt wird. Von den beiden Auslaßventilen 2 und 2' gehen Auslaßkanäle 17 und 18 aus, die sich zu einem gemeinsamen Auslaßkanal 19 vereinigen, welcher in der der Seitenwand 12 des Zylinderkopfes gegenüberliegenden Seitenwand 20 ausmündet. Die Strömung im Saugkanal 13 wird durch die Strömungstrennwand 14, welche sich im Bereich der Kanalspirale 8' zum Einlaßventil 1' befindet, durch die Formgebung und insbesondere ihre Länge in vorbestimmter Weise aufgeteilt. Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 bis 3 im wesentlichen dadurch, daß die Strömungstrennwand 14 in einer um einen Zapfen 15" schwenkbaren Klappe 15 endet, die je nach gewählter Schwenkrichtung den Strömungsquerschnitt des Spiralkanales 8 oder des Tangentialkanales 7 mindestens größtenteils abschließen kann. In Fig. 4 sind zwei Endstellungen der Klappe 15 dargestellt, wobei die Schließstellung im Spiralkanal 8 gestrichelt dargestellt und mit 15' bezeichnet ist. Durch diese Klappe, die auch in den Tangentialkanal 7 hineinschwenkbar sein kann, ist es möglich, den Drall der Zylinderladung entsprechend, z.B. abhängig von der Motorleistung, zu beeinflussen. Patentansprüche 1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit je zwei hängend angeordneten Einlaß- und Auslaßventilen für jeden Zylinder, von denen jeweils ein Einlaß- und ein Auslaßventil bezüglich der Zylinderachse einander gegenüberliegen und die durch die Achsen der gegenüberliegenden Ventile gelegten Ebenen zueinander einen Winkel von etwa 90· einschließen und zum in bezug auf den Drehsinn der Verbrennungsluft im Zylinder ersten Einlaßventil ein Spiralkanal und zum zweiten Einlaßventil ein 3 AT 402 433 B Tangentialkanal führen, die von derselben Seitenwand des Zylinderkopfes ausgehen, wobei zwischen den beiden Einlaßventilen im Bereich der Kanalspirale eine Wand vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das erste Einlaßventil (V) und das bezüglich der Zylinderachse (5) gegenüberliegende Auslaßventil (2) gelegte Ebene (9) in an sich bekannter Weise mit der zur Motorlängsmittelebene (6) senkrechten Ebene (11) einen spitzen Winkel (a) einschließt, der vorzugsweise zwischen 15* und 60“ liegt, wobei der zum zweiten Einlaßventil (1) führende Tangentialkanal (7), wie an sich ebenfalls bekannt, von dem von der Seitenwand (12) des Zylinderkopfes (3) ausgehenden gemeinsamen Einlaßkanal (13) im Bereich der zum ersten Einlaßkanal (1’) führenden Kanalspirale (8') abzweigt, zu welchem Zweck die Wand als an sich bekannte Strömungstrennwand (14) ausgeführt ist und im gemeinsamen Einlaßkanal (13) unmittelbar neben der zum ersten Einlaßventil (1') führenden Kanalspirale (8’) beginnt.
2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste Teil der Strömungstrennwand (14) als eine schwenkbare Klappe (15) von solcher Breite ausgebildet ist, daß sie den Strömungsquerschnitt des Spiralkanales (8) bzw. des Tangentialkanales (7) in der in diese eingeschwenkten Stellung mindestens größtenteils abschließt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4