DE10060682A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein- 2, 2' und zwei Auslaßventile 3, 3' aufweisenden, koaxial zu einer Zylindermittelachse 4 angeordneten Brennraumdach 5 mit einer in etwa parallel hierzu angeordneten Mittelachse 8 einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 und einer seitlich davon angeordneten Zündkerze 7, wobei die Mittelachse 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 zwischen den Einlaßventilen 2, 2', auf einer Senkrechten 14 zur Zylindermittelachse 4, mit Abstand d zur Zylindermittelachse 4 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein- und zwei Auslaßventile aufweisenden, koaxial zu einer Zylindermittelachse angeordneten Brennraumdach mit einer in etwa parallel hierzu angeordneten Mittelachse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer seitlich davon angeordneten Zündkerze.

Es ist bereits ein Brennraum für eine Brennkraftmaschine aus der DE 43 24 642 C2 bekannt, der einen auf einem Zylinderblock angeordneten Zylinderkopf, einen Brennraum, der von einer dachförmigen Unterseite, die an dem Zylinderkopf gebildet ist, eine kugelförmige Ausnehmung in einem Boden eines im Zylinderblock befindlichen Kolbens, zwei Einlaßventile, die in jedem Einlaß des Zylinderkopfes vorgesehen sind, zwei Auslaßventile in einer zu den Einlaßventilen jeweils entgegengesetzten Position, eine konische Ausnehmung in dem Zylinderkopf auf einer Zylinderbohrungsachse, eine vertikal im Zylinderkopf im Scheitel der konischen Ausnehmung angeordnete Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die eine Düse aufweist, und eine Zündkerze, die zwischen den Einlaßkanälen angeordnet ist, aufweist, wobei eine Elektrode der Zündkerze im Brennraum an einem unteren Bereich der konischen Ausnehmung befindlich ist und die Ein- und Auslaßventile auf der dachförmigen Unterseite des Zylinderkopfes liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennraum bzw. einen Zylinderkopf der Art auszubilden und anzuordnen, daß bei insgesamt kleinem Bauraum möglichst große Ventilquerschnitte erreicht werden.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Mittelachse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen den Einlaßventilen, auf einer Senkrechten zur Zylindermittelachse, mit Abstand d zur Zylindermittelachse angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Ventilquerschnitte von Auslaß- und Einlaßventil maximal sind. Die zentrale Position von Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Zündkerze gewährleistet, daß die Gemischbildung sowohl im Homogenbetrieb als auch bei Ladungsschichtung optimal ausgebildet ist. Durch die unmittelbare Nachbarschaft von Einlaßventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtung werden im Homogenbetrieb (Einspritzung im Saughub) die Einlaßventile bzw. ihre Teller teilweise mit Kraftstoff benetzt, was die Gemischbildung vorteilhaft unterstützt.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Abstand d zwischen 0.5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen 5 mm und 8 mm beträgt und von der Zylindermittelachse ausgehend senkrecht zur Zylindermittelachse und senkrecht zu einer Kurbelwellenlängsachse abgetragen ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung befindet sich somit zum einen in einer symmetrischen Position zu den Einlaßventilen wie auch in einer etwas entfernten ebenfalls symmetrischen Position zu den Auslaßventilen. Der Abstand d ist so gewählt, daß die Benetzung der Einlaßventil-Teller durch den Kraftstoffstrahl gewährleistet ist.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen Zylindermittelachse und den beiden Einlaßventilen und die Zündkerze zwischen der Zylindermittelachse und den beiden Auslaßventilen angeordnet ist. Die Positionierung der Zündkerze zwischen den Auslaßventilen, also auf der der Kurbelwellenlängsachse gegenüberliegenden Seite, gewährleistet eine zentrale Position der Zündkerze zusammen mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb des Brennraumdachs.

Ferner ist es vorteilhaft, daß innerhalb des Brennraumdachs, im Bereich der Zündkerze mindestens ein Kühlmittelkanal für die Zündkerze vorgesehen ist, wobei der Kühlmittelkanal in einer Brennraumdachwand zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal und der Zündkerze vorgesehen ist. Hierdurch wird die Kühlung der Zündkerze innerhalb des Brennraumdachs gewährleistet. Der Durchmesser der Kühlkanäle für die Zündkerze ist der Art gewählt, daß in Zusammenhang mit Querschnittsverkleinerungen der Verbindungskanäle zu den Primär- und Sekundärkühlmittelräumen ein Druckgefälle vom hinteren Zylinder hin zum vorderen Zylinder gewährleistet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Kühlmittelkanal über mindestens einen Verbindungskanal mit mindestens einem ersten Kühlmittelraum bzw. Primärkühlmittelraum und/oder einem zweiten Kühlmittelraum bzw. Sekundärkühlmittelraum in Durchflußverbindung steht. Damit ist die Kühlmittelversorgung der Kühlkanäle für die Zündkerze gewährleistet.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, daß mindestens eine mit Abstand d zur Zylindermittelachse in Richtung der Einlaßventile versetzt angeordnete Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung mindestens eine zwischen den Auslaßventilen angeordnete Zündkerze zugeordnet ist, wobei der Zündkerze innerhalb der Brennraumdachwand zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal und der Zündkerze mindestens ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß ein Druckgefälle durch Querschnittsverengungen innerhalb der Verbindungskanäle bzw. innerhalb von Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf vorhanden ist. Hierdurch bleibt das Kühlmittel-Druckniveau im Primärkühlmittelraum für alle Zylinder gleich, wobei die Querschnitte der Kühlmittelkanäle für die Zündkerze bei allen Zylindern identisch ist und somit gleiche Kühlungsbedingungen realisiert werden.

Vorteilhaft ist es ferner, daß für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein als Dom ausgebildeter, bis unterhalb einer Auslaßnockenwelle reichender Gußschacht vorgesehen ist, der als Verlängerung nach oben ein dünnwandiges Rohr in etwa koaxial aufnimmt, wobei das dünnwandige Rohr an der Zylinderkopfoberseite eine Dichtung zum Zylinderkopf oder einem Deckel aufweist. Somit wird der Gußschacht nach oben hin bauraumoptimiert weitergeführt, ohne daß es zu einer Kollision mit der Auslaßnockenwelle kommt. Am oberen Ende wird er über eine sog. Schachtabdichtung zum Zylinderkopfdeckel oder einem im Zylinderkopfdeckel eingepreßten Zwischendeckel hin abgedichtet. Zusätzlich wird die Übertragung von Körperschall vom Brennraumboden auf abstrahlende Zylinderstrukturen vermieden.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß bei dem Zylinderkopf mit mehreren Nockenwellenlagerdeckel aufnehmende Nockenwellenlager und einem einer Ventildeckelfläche zugeordneten Ventildeckel, die Ventildeckelfläche zur Zylindermittelachse geneigt verlaufend, zwei Nockenwellenachsen schneidend ausgebildet ist und die Nockenwellenlagerdeckel in den Ventildeckel einteilig integriert sind. Somit läßt sich bei erfindungsgemäßer Anordnung des Brennraumdachs ein insgesamt kompakter Bauraum des Zylinderkopfes erzielen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Anordnung der Ventile, der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der Zündkerze,

Fig. 2 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes mit Zündkerze und Auslaßventilen,

Fig. 3 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes von oben mit Kühlmittel- und Verbindungskanälen,

Fig. 4 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes von der Seite mit Kühlmittel- und Verbindungskanal,

Fig. 5 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes von der Seite mit Primär- und Sekundärkühlmittelraum,

Fig. 6 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes von der Seite mit Ein-, Auslaßkanal, Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Zündkerze.

In Fig. 1 ist mit 5 ein idealisiertes, entsprechend eines Zylinders, rundes Brennraumdach bezeichnet. Innerhalb des Brennraumdachs 5 sind gemäß Fig. 1 auf der linken Seite zwei Einlaßventile 2, 2' angeordnet, deren Ventilteller-Außenumfang tangential an einen Brennraumdachumfang 13 anliegt. Gegenüber den Einlaßventilen 2, 2', in Bezug auf eine Kurbelwellenlängsachse 9, sind zwei Auslaßventile 3, 3' vorgesehen, deren Ventilteller-Außenumfang ebenfalls an den Brennraumdachumfang 13 anliegt.

In einer mittleren Zone des Brennraumdachs 5, begrenzt durch die Kurbelwellenlängsache 9 und die beiden Einlaßventile 2, 2' bzw. den jeweiligen Ventilteller- Außenumfang, ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 plaziert, deren Mittelachse 8 parallel zu einer Zylindermittelachse 4 und mit einem seitlichen Versatz bzw. Abstand d senkrecht zur Kurbelwellenlängsachse 9 verläuft. Der Abstand d wird hierbei definiert durch den Abstand zwischen der Zylindermittelachse 4 und der Mittelachse 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6. Die Mittelachse 8 schneidet auch eine Symmetrieachse 14, wobei die Symmetrieachse 14 hierbei sowohl senkrecht zur Kurbelwellenlängsachse 9 als auch senkrecht zur Zylindermittelachse 4 ist.

Zwischen den Auslaßventilen 3, 3' ist eine Zündkerze 7 angeordnet. Die Zündkerze 7 ist hierbei ebenfalls auf der Symmetrieachse 14 zwischen der Zylindermittelachse 4 und einer Verbindungslinie 15 der beiden Auslaßventile 3, 3' bzw. deren Ventiltellermittelpunkte 16, 16' plaziert.

Fig. 2 zeigt den Teilschnitt B-B eines Zylinderkopfes 1 gemäß Fig. 6. Zwischen den beiden Auslaßventilen 3, 3' ist die Zündkerze 7 bzw. ihre Aufnahme innerhalb des Zylinderkopfes 1 angeordnet. Angrenzend an einen jeweiligen Ventilschaft 18, 18' der Auslaßventile 3, 3' sind zum einen mehrere Kühlmittelkanäle 17-17''' für die Auslaßventile 3, 3' sowie Kühlmittelkanäle 10, 10' für die Zündkerze 7 vorgesehen. Die Kühlmittelkanäle 10, 10' verlaufen hierbei innerhalb einer Brennraumdachwand 11. Die Brennraumdachwand 11 wird durch einen Zündkerzenschacht 27 und den jeweiligen Auslaßkanal 26, 26' gebildet. In dieser Schnittdarstellung verlaufen die Kühlmittelkanäle 10, 10' in etwa senkrecht zur Bildebene und auf mittlerer Höhe zwischen einer Sitzfläche und einer Brennraum-Elektrode der Zündkerze 7. Der Durchmesser der Kühlmittelkanäle 10, 10' beträgt in etwa 3 mm bis 7 mm.

In Fig. 3 ist mit 19 ein aufgeteilter Kühlmittelzulauf auslaßseitig und ein aufgeteilter Kühlmittelzulauf 19' einlaßseitig bezeichnet. Der auslaßseitige Kühlmittelzulauf 19 steht hierbei mit mehreren Verbindungskanälen 22-22" in Durchflußverbindung, die einen ersten Kühlmittelraum bzw. Primärkühlmittelraum 20 und einen zweiten Kühlmittelraum bzw. Sekundärkühlmittelraum 21 verbinden. Sowohl der auslaßseitige Kühlmittelzulauf 19 als auch die Verbindungskanäle 22-22" befinden sich hierbei im Bereich der beiden Auslaßventile 3, 3' bzw. deren Auslaßkanäle.

Der Kühlmittelmantel des Zylinderkopfs 1 wird aus dem Primärkühlmittelraum 20 und dem Sekundärkühlmittelraum 21 gebildet. Diese stehen über die Verbindungskanäle 22-22" und/oder über sonstige Kühlmittelkanäle in Durchflußverbindung. Das Kühlmittel tritt über den aufgeteilten auslaßseitigen Kühlmittelzulauf 19 und den aufgeteilten einlaßseitigen Kühlmittelzulauf 19' in den Zylinderkopf 1 ein. Auf der Auslaßseite tritt das Kühlmittel vom Primärkühlmittelraum 20 über Verbindungskanäle 22-22" in den Sekundärkühlmittelraum 21. Einlaßseitig tritt das Kühlmittel direkt in den Sekundärkühlmittelraum 21. Verschiedene Teilströme werden dabei im Sekundärkühlmittelraum 21 gesammelt und in Motorlängsrichtung zum ersten Zylinder hin abgesaugt.

Zur Kühlung der Zündkerze 7 sind neben den beidseitigen Kühlmittelkanälen 10, 10' zusätzlich die Verbindungskanäle 22- 22" vorgesehen, die entsprechend der erforderlichen Teilströme in Durchflußverbindung mit den Kühlmittelkanälen 10, 10' stehen.

Dabei ist zu beachten, daß auf Grund der geforderten Strömungsrichtung im Sekundärkühlmittelraum 21 ein Druckgefälle vom vierten zum ersten Zylinder vorhanden sein muß. Dieses Druckgefälle wird durch Querschnittsverengungen innerhalb der Verbindungskanäle 22-22" bzw. innerhalb von Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf gewährleistet.

Fig. 4 zeigt den Schnitt C-C gemäß Fig. 3. Einlaßseitig, also links, ist der Sekundärkühlmittelraum 21 mit dem einlaßseitigen Kühlmittelzulauf 19' vorgesehen. Auslaßseitig ist der Kühlmittelkanal 10 für die Zündkerze sowie der daran anschließende Primärkühlmittelraum 20 mit dem zugehörigen Verbindungskanal 22 dargestellt. Der Kühlmittelkanal 10 verläuft hierbei zur Auslaßseite hin abfallend und schneidet bzw. durchquert den Primärkühlmittelraum 20 unterhalb des anschließenden Verbindungskanals 22.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt D-D gemäß Fig. 3. Einlaßseitig befindet sich der Sekundärkühlmittelraum 21. Auslaßseitig sind oberhalb des Primärkühlmittelraums 20 zwei Verbindungskanäle 22, 22' in ihrer jeweiligen Schnittfläche dargestellt.

Fig. 6 zeigt die Anordnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 und der Zündkerze 7 von der Seite. Die Mittelachse 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 ist hierbei um den Abstand d zur Zylindermittelachse 4 nach links versetzt. Der Abstand d beträgt hierbei zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen 5 mm und 8 mm. Die Zündkerze 7 im Bereich des Auslaßkanals 26 auf der der Zylindermittelachse 4 gegenüberliegenden Seite ist gegenüber dieser geneigt verlaufend angeordnet, so daß sich zwischen Zylindermittelachse 4 und Zündkerze 7 bzw. deren Mittelachse ein Winkel zwischen 30° und 40° ergibt.

Der Schacht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung t verläuft angrenzend an einen Einlaßkanal 25 und wird durch ein eingeführtes dünnwandiges Rohr gebildet und nach außen durch eine Dichtung gedichtet.

Die Zündkerze 7 bzw. deren Elektrode 23 ist hierbei direkt neben einem Kraftstoffstrahl 24 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 bzw. neben der Mantelfläche des Kraftstoffstrahls 24 positioniert.

Claims (10)

1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein- (2, 2') und zwei Auslaßventile (3, 3') aufweisenden, koaxial zu einer Zylindermittelachse (4) angeordneten Brennraumdach (5) mit einer in etwa parallel hierzu angeordneten Mittelachse (8) einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) und einer seitlich davon angeordneten Zündkerze (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (8) der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) zwischen den Einlaßventilen (2, 2'), auf einer Senkrechten (14) zur Zylindermittelachse (4), mit Abstand d zur Zylindermittelachse (4) angeordnet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen 5 mm und 8 mm, beträgt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) zwischen Zylindermittelachse (4) und den beiden Einlaßventilen (2, 2') und die Zündkerze (7) zwischen der Zylindermittelachse (4) und den beiden Auslaßventilen (3, 3') mit Bezug auf die Zylindermittelachse (4) zwischen 30° und 40° geneigt verlaufend angeordnet ist.

4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Brennraumdachs (5), im Bereich der Zündkerze (7) mindestens ein Kühlmittelkanal (10) für die Zündkerze (7) vorgesehen ist.

5. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal (10) in einer Brennraumdachwand (11) zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal (26, 26') und der Zündkerze (7) vorgesehen ist.

6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkanal (10) über mindestens einen Verbindungskanal (22) mit mindestens einem ersten Kühlmittelraum (20) und/oder einem zweiten Kühlmittelraum (21) in Durchflußverbindung steht.

7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit Abstand d zur Zylindermittelachse (4) in Richtung der Einlaßventile (2, 2') versetzt angeordnete Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) vorgesehen und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) mindestens eine zwischen den Auslaßventilen (3, 3') angeordnete Zündkerze (7) zugeordnet ist, wobei der Zündkerze (7) innerhalb der Brennraumdachwand (11) zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal (26, 26') und der Zündkerze (7) mindestens ein Kühlmittelkanal (10) zugeordnet ist.

8. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckgefälle durch Querschnittsverengungen innerhalb der Verbindungskanäle (22-22") bzw. innerhalb von Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf vorhanden ist.

9. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) ein als Dom ausgebildeter, bis unterhalb einer Auslaßnockenwelle reichender Gußschacht vorgesehen ist, der als Verlängerung nach oben ein dünnwandiges Rohr in etwa koaxial aufnimmt, wobei das dünnwandige Rohr an der Zylinderkopfoberseite eine Dichtung zum Zylinderkopf oder einem Deckel aufweist.

10. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventildeckelfläche zur Zylindermittelachse (4) geneigt verlaufend, zwei Nockenwellenachsen schneidend ausgebildet ist und die Nockenwellenlagerdeckel in den Ventildeckel einteilig integriert sind.