AT402433B - CYLINDER HEAD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

Description

AT 402 433 BAT 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.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine, each with two hanging inlet and outlet valves for each cylinder, each of which has an inlet and an outlet valve with respect to the cylinder axis and the planes through the axes of the opposite valves are at an angle to each other 90 ° and lead to the first intake valve with respect to the direction of rotation of the combustion air in the cylinder a spiral channel and to the second intake valve a tangential channel, which start from the same side wall of the cylinder head, a wall being provided between the two intake valves in the region of the channel spiral.

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.With cylinder heads for engines with three or more valves per cylinder, it can be very difficult with small cylinder bores to provide enough space for the multi-valve intake ports in order to achieve sufficient flow cross sections. Particularly when a swirling flow is required for the mixture preparation and combustion, the space conditions become difficult since a spiral channel / inclined channel combination is preferably used. In this combination, which is described in AT 326 422 B, the arrangement is selected in which, viewed in the direction of flow of the combustion air in the cylinder, the spiral channel comes to lie in front of the tangential channel, because then an optimal mutual support of those flowing out of the valve gap Air takes place to a swirl flow.

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.AT 331 575 B, on the other hand, discloses an arrangement in which, seen in the flow direction of the combustion air in the cylinder, the tangential channel is arranged in front of the spiral channel. A plane placed through opposing valves encloses an acute angle with the plane perpendicular to the central plane of the longitudinal engine. As with the AT 326 422 B, the two inlet ducts start from the same side wall of the cylinder head, the inlet ducts being completely separated by a partition wall before entering the cylinder head. However, this does not allow freedom in the design of the cross-sectional area of the inlet channels.

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.From DE 36 19 550 A1 an inlet duct arrangement for a cylinder head with a tangential and a spiral duct is known, in which the tangential duct branches off from a common inlet duct starting from the side wall of the cylinder head, one wall almost to the side between the two ducts Cylinder head-reaching flow partition is provided. Spiral channel and tangential channel are also not arranged in the manner mentioned at the outset, so that there is no optimal mutual support of the air flowing from the valve gap to a swirl flow. Rather, the tangential channel that can be switched off has the task of weakening the swirling through the swirl channel and increasing the degree of filling in certain operating areas. This also applies to DE 36 28 366 A1, which shows a cylinder head with a similar twin inlet bore construction with variable vortex formation. An optimal mutual support of the incoming air to a swirl flow is not given here either.

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.The AT 295 932 B shows an internal combustion engine with an intake port that splits into two neutral channels immediately before entering the cylinder head. A swirl generation through one of the two channels is not provided.

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.It is an object of the invention to provide a space-saving arrangement of the intake ports for a cylinder head with two intake and two exhaust valves, wherein - without sacrificing the advantages of the known generic arrangement - sufficient cross sections should be provided for the intake flow.

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.According to the invention, this is achieved in that the plane through the first inlet valve and the outlet valve opposite with respect to the cylinder axis includes, in a manner known per se, an acute angle with the plane perpendicular to the longitudinal center plane of the engine, which is preferably between 15 * and 60 *, the for tangential channel leading second inlet valve, as is also known per se, branches off from the common inlet channel starting from the side wall of the cylinder head in the region of the channel spiral leading to the first inlet channel, for which purpose the wall is designed as a known flow dividing wall and in the common inlet channel immediately next to the channel spiral leading to the first inlet valve begins. It is essential that both inlet valves are supplied via a channel flange and that there is no separating wall in this area between the spiral channel at the front and the tangential channel, so that the missing partition wall allows a favorable design of the cross-sectional area. The flow dividing wall which begins immediately next to the channel spiral leading to the first inlet valve can run parallel to the valve axes or else perpendicular to it. With this design of the partition wall, the partition wall can initially be made long enough during the development of the cylinder head and then the length that is best for the production and for the flow conditions can be found by gradually shortening it.

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 2In the context of the invention, the outermost part of the flow dividing wall can also be designed as a pivotable flap of such a width that it covers the flow cross-section of the spiral channel or the second

Claims (2)

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.AT 402 433 B tangential duct at least for the most part closes in the pivoted-in position. Control of the swirl can thus be achieved because, in one position of the flap, both inlet valves are fully acted on, a predetermined swirl being generated. If the flap is swiveled into the inlet to the spiral duct or to the tangential duct, the proportion of the swirling air entering the cylinder and thus the swirl level in the cylinder are changed. The invention is explained below with reference to the schematic drawings. 1 shows an embodiment of a cylinder head according to the invention in axial section, FIG. 2 shows a plan view of the same cylinder head with the cover removed, FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 1 and FIG. 4 shows another Embodiment according to the invention in section corresponding to Fig. 3 in an enlarged view, the reference numerals for identical parts have been retained unchanged. The water-cooled four-stroke internal combustion engine shown in FIGS. 1 to 3 is multi-cylinder, but only the cylinder head 3 in the area of a cylinder 4 is shown. The running surface of the cylinder 4 is designated 4 '. The cylinder head 3 has two hanging inlet valves 1, 1 'and two outlet valves 2, 2', each with an inlet valve and an outlet valve with respect to the cylinder axis 5. The plane 9 through the axes of the valves 1 'and 2 and the plane 10 through the axes of the valves 1 and 2' are each indicated by a dash-dotted line. The two levels 9 and 10 form an angle of 90 * with one another. The plane 9 includes an acute angle α with respect to the plane 11 perpendicular to the longitudinal plane 6 of the motor, which may preferably be between 15 * and 60 *. The intake valves 1 and 1 'and the exhaust valves 2 and 2' are actuated by the camshaft 21 which is mounted in the cylinder head 3. In Fig. 1 the drive of the inlet valves 1 and 1 'is shown. This is done by the camshaft 21 via a rocker arm 22 which is pivotally mounted on the axis 23 and engages the cam 34 with a roller 24. The two valves 1 and Γ are operated simultaneously via the bridge 25, which is axially slidably mounted on the bolt 26 which is fixedly connected to the cylinder head 3. This bridge engages the inlet valves 1 and 1 ', which are loaded by compression springs 27 via spring plates 28, with an adjustment possibility being provided by the adjusting screw 29. The rocker arm 22 engages the bridge 25 via a further set screw 30. The exhaust valves 2 and 2 'are actuated analogously via a rocker arm 31 by the cam 32 of the camshaft 21. The pump nozzle arranged with its axis in the cylinder axis 5 is driven in a manner not shown via the central cam 35, the roller 36 and the rocker arm 37. The control elements described are covered by the cover 33. A tangential channel 7 leads to the inlet valve 1 and a spiral channel 8 to the inlet valve 1 ', the channel spiral of which is designated 8'. The two channels 7 and 8 branch off from the single channel 13 passing through the side wall 12 of the cylinder head. The spiral channel 8 leading to the inlet valve 1 'lies in relation to the direction of rotation of the cylinder charge indicated by the arrow 16 in front of the inlet valve 1, to which the tangential channel 7 leads. This is essential because in this way the swirl of the combustion air in the cylinder generated by the swirl duct 8 is increased by the tangential duct 7. From the two exhaust valves 2 and 2 'emanate exhaust channels 17 and 18 which unite to form a common exhaust channel 19 which opens into the side wall 20 opposite the side wall 12 of the cylinder head. The flow in the suction channel 13 is divided in a predetermined manner by the flow partition 14, which is located in the area of the channel spiral 8 'to the inlet valve 1', by the shape and in particular by its length. The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIGS. 1 to 3 essentially in that the flow dividing wall 14 is arranged around a pin 15 " pivotable flap 15 ends, which can at least largely complete the flow cross section of the spiral channel 8 or the tangential channel 7, depending on the selected pivoting direction. 4 shows two end positions of the flap 15, the closed position in the spiral channel 8 being shown in dashed lines and denoted by 15 '. Through this flap, which can also be pivoted into the tangential channel 7, it is possible to adjust the swirl of the cylinder charge accordingly, e.g. depending on the engine power. 1. Cylinder head for an internal combustion engine, each with two hanging intake and exhaust valves for each cylinder, each of which has an intake and an exhaust valve with respect to the cylinder axis and the planes through the axes of the opposite valves to each other an angle of about 90 Include and lead to the first intake valve with respect to the direction of rotation of the combustion air in the cylinder a spiral channel and to the second intake valve a 3 AT 402 433 B tangential channel, which start from the same side wall of the cylinder head, with a wall being provided between the two intake valves in the area of the channel spiral characterized in that the plane (9) located through the first inlet valve (V) and the outlet valve (2) opposite with respect to the cylinder axis (5) is in a manner known per se with the plane (11) perpendicular to the longitudinal median plane (6) of the motor acute angle (a) incl eats, which is preferably between 15 * and 60 ", the tangential channel (7) leading to the second inlet valve (1), as is also known per se, from the common inlet channel (13.) emanating from the side wall (12) of the cylinder head (3) ) branches off in the area of the channel spiral (8 ') leading to the first inlet channel (1'), for which purpose the wall is designed as a flow dividing wall (14) which is known per se and in the common inlet channel (13) immediately next to that to the first inlet valve (1 ' ) leading channel spiral (8 ') begins. 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 42. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the outermost part of the flow partition (14) is designed as a pivotable flap (15) of such width that it the flow cross section of the spiral channel (8) or the tangential channel (7) in the at least for the most part in this pivoted-in position. Including 2 sheets of drawings 4