DE1038832B - Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen

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DE1038832B
DE1038832B DEM23978A DEM0023978A DE1038832B DE 1038832 B DE1038832 B DE 1038832B DE M23978 A DEM23978 A DE M23978A DE M0023978 A DEM0023978 A DE M0023978A DE 1038832 B DE1038832 B DE 1038832B
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DE
Germany
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valve
cylinder head
head according
inlet
channel
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DEM23978A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Wolfgang Vogel
Horst Lachmann
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MAN AG
Original Assignee
MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/06Valve members or valve-seats with means for guiding or deflecting the medium controlled thereby, e.g. producing a rotary motion of the drawn-in cylinder charge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • F02B31/042Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors induction channel having a helical shape around the intake valve axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4228Helically-shaped channels 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennkra.ftmaschinen-Zylinderkopf mit außermittig angeordnetem Einlaßventil und mit einer eine kreisende Strömung im Arbeitszylinder hervorrufenden Ausbildung des Einlaßkanals. Sie bezweckt, eine möglichst große. Drehgeschwindigkeit der Ladung zu erzielen sowie die Möglichkeit zu schaffen,, die Drehgeschwindigkeit der Ladung an das jeweilige Verbrennungsverfahren und/oder andere motorische Gegebenheiten anpassen zu können, ohne daß dabei Nachteile, wie schlechter Füllungsgrad, hoher Produktionsaufwand und ungünstiges Betriebsverhalten in Kauf genommen werden müssen.
  • Bei außermittig angeordneten Einlaßventilen kann die Erzeugung einer kreisenden Strömung der Ladung im Zylinder immer nur auf einer Asymmetrie der durch den Ventilspalt austretenden Stromfäden, bezogen auf den die Ventilachse schneidenden Zylinderradius, beruhen. Wenn zwecks Erreichung einer guten Füllung der gesamte Ven.tilspaltduerschnitt ausgenutzt werden soll, also keine teilweise Versperrung stattfinden soll, so kann diese Asymmetrie nur durch eine von der Richtung des Ventilradius abweichende, d. h. schräge Durchstr5mung des Ventilspaltes bewirkt werden. Die günstigste Strömungsrichtung wird dabei für verschiedene Punkte des Ventilumfanges verschieden seit. Im ganzen gesehen wird ein Bestwert dann erreicht werden, wenn für jeden einzelnen Punkt des Ventilumfangs der diesem Punkte eigentümliche, bestmögliche. Strömungseffekt erzielt wird.
  • Bei der Feststellung der günstigsten Strömungsrichtung für einzelne Punkte des Ventilumfanges darf angenommen werden, daß über den Ventil-Umfang annähernd gleiches Druckgefälle im Ventilspalt herrscht; damit kann annäherungsweise die Strömungsgeschwindigkeit (darstellbar durch die Länge eines Vektors) und auch die Dichte der aus dem Ventilspalt austretenden Luft als über den Ventilumfang gleichbleibend angenommen werden.
  • Diese- Verhältnisse sind in den, Fig. 1 und 2 schema,tisc:h. veranschaulicht und werden vorweg am besten an Hand dieser Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt im Grundriß den Zylinder 1 einer Verbrennungskraftmaschine mit dem außermittig angeordneten Ventil 2-, der Abstand der Ventilachse von der Zylinderachse ist mit e bezeichnet, der Radius des Ventiltellers mit r, der Abstand eines Punktes x des Ventilumfanges von der Zylinderachse mit a. Die Lage eines Punktes x auf denn Ventilumfang ist durch den Winkel a festgelegt. Die Projektion des im Raume liegenden Geschwindigkeitsvektors V (Fig. 2) bei achsparalleler Anordnung des Ventils in die zur Zylinderachse senkrechte Ventileinlaßebene (hier Zeichnungsebene) ist mit VP bezeichnet, wobei die Geschwindigkeitskomponenten von VP, bezogen auf die Zylinderachse, als Mittenachse durch VR (radial) und VT (tangential), bezogen auf die Ventilachse, als Mittenachse durch VS (radial) und ITU (tangential) gegeben sind.
  • Fig. 2 zeigt perspektivisch das Bild des Vektors V im Raum, wobei hinsichtlich der Projektion in die \Tentileinlaßebene (hier Zeichenebene) dieselben Bezeichnungen wie in Fig. 1 verwendet sind. Mit hX ist die Projektion des Geschwindigkeitsvektors V auf die Meridianebene des Ventils, mit VA die Geschwind.igkeitskomponente parallel zur Zylinderachse bezeichnet. Die Bedeutung der eingezeichneten Winkel y, y', und x wird später noch erläutert.
  • Der Anteil am insgesamt im Zylinder erzeugten Drall, der durch den am Punkt x des Ventilumfanges austretenden Luftmengenanteil erzeugt wird, ist als Moment der Bewegungsgröße in bezug. auf die Zylinderachse als Mittenachse bei Annahme einer über den Ventilumfang gleichbleibenden Dichte o der austretenden Luft eine Funktion: 1. des Abstandes a des Punktes x von der Zylinderachse. der durch den Abstand e der Ventilachse von der Zvlin.derachse, den Radius r des Ventiltellers und den Winkel a geometrisch eindeutig bestimmt ist, 2. der Umfangskomponente ITT der Geschwindigkeit im gewünschten Drehsinn.
  • Das heißt also: Drallanteil im Punkte x = O # a # VT. Die Geschwindigkeitskomponente VA in Richtung parallel zur Zylinderachse ist für die Füllung des Zvlinders maßgebend, während die Rad.ialkomponente VR weder den Drall noch die Füllung beeinflußt, also einen reinen Verlust darstellt.
  • Zwecks Erreichung eines möglichst großen Dralls ist anzustreben, daß dem Geschwindigkeitsvektor V in jedem beliebigen Punkte x des Ventilumfanges eine solche Richtung gegeben wird, daß seine Projektion L'p in die Ventileinlaßebene im beabsichtigten Drehsinn in die zum zugehörigen Zylinderradius senkrechte Richtung fällt, d. h., daß VP - VT, oder y = ;,' wird. In diesem Falle wird keine Ra.dialkomponente auftreten, VR also Null sein. Dieser Idealfall kann jedoch nur in einem begrenzten. Bereich des Ventilumfanges erreicht werden, und zwar nur in dem Bereich, in dem die erwünschte Richtung der Geschwindigkeitskomponente VT um einen Winkel ;# vom Ventilradius abweicht; dieser Winkel y darf dabei nicht größer als ein bestimmter Grenzwert y'max sein, welcher dadurch bedingt ist, daß bei der Durchströmung des Ventilspaltes stets eine Komponente Vs in Richtung des Ventilradius vorhanden sein muß. Die obige Forderung ist daher dahingehend einzuschränken. daß anzustreben ist, dem Geschwindigkeitsvektor V in jedem Punkte des Ventilumfangs eine solche Richtung zu geben, daß seine Projektion VP im gewünschten Drehsinn in die Ventileinlaßebene um einen möglichst kleinen Winkel von der Richtung senkrecht zum zugehörigen Zylinderradius abweicht; die auftretende Radialkomponente VR wird dadurch in der gewünschten Weise möglichst klein. Für denjenigen Umfangsbereich, an dem ein Zusammenfallen von VP mit der günstigsten Richtung nicht zu erreichen ist, bedeutet das, daß VP um den größten erreichbaren Winkel y'"", vom Ventilradius abweichen soll. Ist der Abstand e größer als der Radius r des Ventiltellers bzw. des Öffnungsquerschnittes in der Ventileinlaßebene, dann zerfällt dieser Bereich in zwei Bereiche, je nachdem, nach welcher Seite des Ventilradius die Projektion VP des Geschwindigkeitsvektors vom Ventilradius r abweichen muß, um eine möglichst kleine Radialkomponente VR zu ergeben. Die Grenze zwischen diesen beiden Bereichen liegt, wie aus der noch zu erläuternden Fig.3 zu ersehen, an demjenigen Punkt des Ventilumfangs, an dem der zugehörige Zylinderradius Tangente ist. Dieser Punkt ist in Fig.3 mit L' bezeichnet. In diesem Punkte müßte die Richtung des Vektors sprunghaft von + y'rnax auf - y'max umschwenken, was aus leicht einzusehenden Gründen nicht möglich ist. Es wird daher ein Ausgleich in Form eines allmählichen Übergangs in Kauf genommen werden müssen, wenn man diesen Bereich nicht unter Aufgabe eines gewissen Füllungsanteils überhaupt durch ein Sperrelement ausschalten will. Der durch die in diesem Bereich durchströmenden Luftanteile erzeugte Drallanteil ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen, dem gewünschten Drehsinn entgegengesetzt gerichtet, wenn er auch verhältnismäßig klein ist; der Luftanteil als solcher ist dagegen verhältnismäßig groß.
  • Bei gleichbleibender Größe des Geschwindigkeitsvektors l' im Raum ist nun das Verhältnis der den Drall und die Füllung bestimmenden Komponenten VP und L'A durch den Winkel 21 zwischen dem Geschwindigkeitsvektor V und seiner Projektion VP in die Ventileinlaßebene bestimmt. je flacher dieser Winkel, um so größer VP bzw. VT, d. h. der Drall, und um so kleiner VA, d. h. die Füllung, und umgekehrt. Im Ganzen gesehen wird jeweils ein Bestwert dann erreicht werden, wenn die arithmetische Summe der beiden Komponenten VP und VA ein Bestwert ist, d. h. wenn ?i = 45° ist. Damit ergibt sich aber, daß angestrebt werden muß, die beiden Komponenten VP und VA über den ganzen Ventilumfang möglichst konstant gleich groß zu machen. Für diesen Fall ist die Projektion des Winkels 17 in die Meridianehme des Ventils, die in Fig. 2 mit x bezeichnet ist, stets größer als 45° und im Grenzfall, d. h. wenn y'= 0, wird x = 45°. Der Winkel x ist also, um jeweils den günstigsten Drall zu bekommen, immer größer als 45° und in Abhängigkeit vom Winkel j , um den VP von der Richtung des Ventilradius abweicht, veränderlich zu wählen, oder: je größer y' ist, um so größer soll jeweils x sein.
  • Die erwünschte Vektorverteilung am Umfang eines kreisrunden Ventilöffnungsquerschnittes ist in ihrer Gesamtheit und für verschiedene Umfangspunkte im einzelnen in der bereits erwähnten Fig.3 in die Ventileinlaßehene projiziert aufgetragen. In dieser Figur ist durch die Ventilradien I und II derjenige Bereich abgegrenzt, in dem hei einem angenommenen Winkel y',nax mehr oder weniger vollkommen erreicht wird, daß keine Radialkomponente VR auftritt, daß also ,@ _ ,@' und VP = VT ist. In dem durch die Radien Il und III begrenzten Bereich ist eine Abweichung der Komponente VP von der Richtung des Ventilradius um den Winkel -!- y'",ax nach, der einen Umfangsrichtung, in dem durch die Radien III und I begrenzten Bereich um den Winkel - y'",ax nach der anderen Umfangsrichtung vorgesehen, was in diesen Bereichen möglichst kleine Radialkomponenten VR zur Folge hat. In dem durch die Radien IV und V begrenzten Bereich, d. h. im Bereich des Umkehrpunktes U, läßt sich ein negativer, d. h. dem gewünschten Drehsinn entgegengerichteter Drallanteil nicht vermeiden; derselbe ist jedoch verhältnismäßig klein und, kann notfalls durch Sperrelemente gänzlich ausgeschaltet werden. Die Vektoraufteilung für einen ausgewählten Punkt x des Ventilumfanges in der achsparallelen Ebene, welche um den Winkel y' gegen die Meridianebene des Ventils geneigt ist und die Vektoren l' und VP enthält, ist in Fig. 4 gezeigt, während Fig. 5 die Vektorverteilung für denselben Punkt des Ventilumfanges in der Meridianebene des Ventils darstellt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine räumliche Ausbildung des Einlaßkanals anzugeben, welche eine Strömung im Ven.tileinlaßquerschnitt herbeiführt, die eine V ektorverteilung nach den vorstehenden Gesichtspunkten gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kanal aus einer Richtung in den Raum über dem Einlaßventil einmündet, welche zur Richtung eines den Ventilteller in der Ventileinlaßebene tangierenden bzw. nahezu tangierenden Zylinderradius senkrecht steht, und daß der sich an den Kanal anschließende Strömungsraum über dem Ventil aus zwei kanalartigen Ästen unterschiedlichen Volumens besteht, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen um die Ventilachse herum geführt sind und im Durchsatzquerschnitt sich nach dem Ventilsitz hin verjüngend am tiefsten Punkt ihrer oberen Kanalabdeckung ineinander übergehen.
  • Versuche haben gezeigt, daß hei Ausbildung eines Einlaßkana,ls nach vorstehender Regel eine höchstmögliche Drehgeschwindigkeit der einströmenden Luft bei gutem Füllungsgrad erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Einlaßkanal vor dem Raum über dem Einlaßventil langgestreckt und im Querschnitt elliptisch oder oval gestaltet ist, wobei der Oval-Querschnitt vorzugsweise gegen den Ventilsitz hin schmäler gehalten wird als auf der dem Ventilsitz abgelvandten Seite; die große Achse der Querschnittsellipse schließt mit der Ventilachse einen spitzen Winkel ein. Die tiefste Stelle, wo die vorerwähnten kanalartigen Äste sich treffen bzw. ineinander übergehen, liegt. bezogen auf den durch die Ventilachse gehenden Zylinderradius, spiegelbildlich zu der Stelle, wo der Einlaßka.nal in den Raum über dem Einlaßventil einmündet, d. h. also an der zweiten möglichen Stelle, wo ein Zylinderradius den Ventilteller in der Ventilauslaßebene tangiert.
  • Weitere wichtige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, worin die Erfindung an Hand der weiteren Fig. 6 bis 14 in ihrer praktischen Verwirklichung beispielsweise erläutert ist. Hierbei zeigt Fig. 6 eineAusführungsform des erfindungsgemäßen Einlaßkanals im Grundriß, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie A-B in. Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie C-D in Fig. 6, Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie E-F in Fig. 6, Fig.10 eine abgeänderte Ausführungsform des Einlaßkanals mit darin eingesetzten. Leitblechen, Fig. 11 eine Ausführungsform der Ventilführung, teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht, Fig. 12 eine andere Ausführungsform der Ventilführung in der gleichen Darsteillungsweise: wie in Fig. 11.
  • Fig.13 einen Schnitt durch einen Ventilsitzring mit Verengungswulst.
  • Fig.14 einen Grund.riß des Ventilsitzringes von Fig. 13.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 mündet der im Schnitt C-D angenähert elliptischen Umfang aufweisende Kanal 3 in seinem unteren Teil, d. h. an seiner Sohle, aus einer Richtung in den Raum über dem Ventil 2 ein, die der Richtung des Ventilradius 111 möglichst nahe kommt. Oder mit anderen Worten: die Einlaufrichtung des Einlaßkanals 3 steht hier möglichst senkrecht zu dem den Ventilteller 2 tangierenden Zylinderradius 4. Die am ven,tilsitznäheren Ende der großen Achse a des elliptischen Querschnittes befindliche Sohle 5 des Kanals 3 (Fig.7 und 8) verläuft, bezogen, auf die Zylinderdecke 6 sehr flach und annähernd parallel zu letzterer; der elliptische Querschnitt der Sohle 5 ist außerdem an dieser Stelle schmal, um den Bereich, in dem die Richtung des Geschwindigkeitsvektors von -I- y'Max auf - y'""ar übergeht, möglichst klein zu halten. Die große Achse a des elliptischen Querschnittes des Einlaßkanals ist gegenüber der Ventilachse um den Winkel 5 geneigt. Die dar Zylinderachse 8 zugekehrte Wandung 9 des Kanals 3 verläuft, im Grundriß gesehen (Fig. 6), etwa in Richtung auf die Ventilachse 10 zu und geht. mit guter Ausrundung 11 in. die Wandung 12 des Raumes über dem Ventil 2 über; die Wandung 9 ist dabei in ihrem oberen Teil 13 weiter nach außen geführt und geht hier in die Ventilkanzel 14 über. Die der Zylinderachse 8 abgewandte Wandung 15 des Kanals 3 weist eine dem gewünschten Winkel x entsprechende Schräge zur Zylinderachse (nach oben und außen) auf und geht, wie aus Fig. 6 zu ersehen, in ihrem unteren Teil 16 mit guter Ausrundung 17 in die Wandung 12 des Raumes über dem Ventil 2 über; in ihrem oberen Teil 18 holt die Wandung 15, von der Ventilachse aus gesehen, weit -nach außen aus und nähert sich sodann. in bekannter Weise der Ventilachse 10 spiralig. Entsprechend den. mit Luft zu beliefernden unterschiedlichen Anteilen des Ventilumfanges ist die Decke 19 des der Zylinderachse 8 zuliegenden. Teiles des Raumes über dem Ventil 2 (Fig. 7 und 9) niedrig, die. Decke 20 des der Zylinderachse 8 abgewandten. Teiles dagegen hoch; in beiden Teilen. senkt sich die Decke 19 bzw. 20 stetig über den Ventilumfang bis etwa zu den Stellen, ab, die in Fig. 6 durch die Radien I und Il bezeichnet sind, um dann in dem Bereich zwischen diesen beiden Radien immer flacher zu verlaufen und schließlich an ihrer tiefsten Stelle, die in der Meridianebene des Ventilradius VI liegt, ineinander überzugehen. Es entstehen hierdurch um die Ventilführung zwei kanalartige Äste A, B (Fig. 9) unterschiedlichen Volumens, deren Zweck noch beschrieben wird. Die tiefste Stelle VI der Decke liegt, bezogen auf die den Zylindermittelpunkt 8 und den Ventilmittelpunkt 10 verbindende Symmetrieachse S-S', etwa spiegelbildlich zur Einmündung des Kanals 3, d. h. an der zweiten. möglichen Stelle, an der ein Zylinderradius 21 den Ventilteller 2 tangiert. Durch diese Anordnung wird der am Einlaßkanal 3 eintretende Hauptstrom in dem Raum über dem Ventil 2 in zwei die Ventilführung in entgegengesetztem Drehsinn umlaufende Teilströme unterschiedlichen Volumens aufgespalten, wobei sich die beiderseits des Ventils herumgeführten. Teilströme im Bereich der tiefsten Stelle VI wieder vereinigen und, den Ventilspalt in der gewünschten günstigsten Richtung verlassen, die an dieser tiefsten Stelle der Decke mit der Richtung des Ventilradius V I zusammenfäldt.
  • Um in den übrigen Bereichen die gewünschte, möglichst große Schräge (Winkel 7'""x) der Strömung beim Verlassen des Ventilspaltes zu erzwingen, genügt die angegebene spiralige Ausbildung der Außenwandung 15 und die stetige Absenkung der Decke 19 bzw. 20 allein nicht; die Strömung muß auch soweit wie möglich nach außen gedrängt bzw. geführt werden. Zu diesem Zwecke werden der Ventilschaft, die Ventilkanzel 14 und/oder die Ventilführung 22 (Fig.7, 8, 9) mit erheblich größerem Durchmesser versehen als bisher üblich; außerdem werden die Ventilkanzel und/oder die Ventilführung wesentlich weiter nach unten in Richtung zum Ventilsitz 24 hin als bisher üblich heruntergezogen.. Eine entsprechende Führung der Strömung kann auch durch in den Kanal 3 eingebaute Leitelemente 23 (Fig. 10) erreicht werden., welche so angeordnet sind, daß sie die Aufspaltung des Hauptstromes in dem Raum über dem Ventil in um die Ventilführung in entgegengesetztem Drehsinn, laufende Teilströme begünstigen.
  • Der über den Ventilumfang erwünschten verschiedenen Größe des Winkels x ist durch die Form der Wandung 12 über dem Ventilsitz 24 (Fig. 7 und 9) dadurch Rechnung getragen, daß die Wandung 12 in den Bereichen, in denen der Winkel y',"a, erreicht werden soll, steil in den Ventilsitz 24 übergeht, während sie in dem Bereich zwischen den Radien I und II in Abhängigkeit vom Winkel y zunehmend flacher zur Ventilachse 10 hin geneigt ist und an der tiefsten Stelle VI schließlich etwa unter einem Winkel von 45° liegt (Fig. 9). Dasselbe kann durch Anbringung eines Verengungswulstes 25 am Ven,tileinlaßque,rschnitt, der im Bereich zwischen den Radien I und II angeordnet ist und dessen Form sich in Abhängigkeit vom Winkel y ändert, erreicht werden. Ein solcher Wulst 25 mit Schrägfläche 25a kann auch in einem eingesetzten Ventilsitzring 26 angeordnet sein, wie dies aus Fig. 13 und 14 zu ersehen ist.
  • Aus den Darlegungen ergibt sich, daß im Gegensatz zu den bisher bekannten Einla,ßka,nalformen durch die erfindungsgemäße Aufspaltung des Luftstromes in zwei Teilströme unterschiedlichen Volumens, die in einander entgegengesetztem Richtungssinn um die Ventilachse 10 herum geführt sind, sowie durch. die sich über den Ventilumfang ändernde Schräge der aus dem Ventilspalt austretenden. Strömung (entsprechend dem gewünschten Winkel x), wie sie durch die angegebene Neigung der Deckenabschnitte 19 und 20 des Raumes über dem Ventil 2 und/oder durch die Anordnung eines Wulstes 25 der beschriebenen Form im Bereich zwischen den Radien 1 und 1I bewirkt wird, für nahezu jeden Punkt des Ventilumfanges ein bestmöglicher Dralleffekt bei gleichzeitig guter Füllung erzielt wird.
  • Für die Regelung des Dralls zur Anpassung an das jeweilige Verbrennungsverfahren und beliebige andere motorische Gegebenheiten bieten sich unter Anwendung der Erfindung folgende Möglichkeiten: 1. Die Größe des Winkels y'.ax bzw. der Bereich des Ventilumfanges, auf dem y'mux erzwungen wird, kann verändert werden durch: a) Änderung des Durchmessers des,Ventilscha,ftes, der Ventilkanzel 14 und der Ventilführung 22 und/oder der Länge von Ventilkanzel 14 und/ oder Ventilführung 22, bzw. durch Längsverschiebung eines auf die Ventilführung 22 aufgesetzten Drallbeeinflussungselementes 27 (Fig. 12) ; b) Verdrehung der an ihrem unteren Ende schräg abgeschnittenen oder in anderer Weise unsymmetrisch ausgebildeten. Ventilführung 22 (Fig. 11) oder des auf die Ventilführung 22 aufgesetzten Elementes 27 (Fig. 12). 2. Die Größe der Winkel j7 bzw. x, d. h. das Verhältnis von Durchfluß zu Drall, kann verändert werden du rch a) Verwendung verschiedener Ventilsitzringe 26 (Fig. 13 und 14) mit unmittelbar vor dem Ventilsitz 24 angeordnetem Verengungswulst 25 entsprechend der beschriebenen Formgebung, wobei sich diese Teile im Innendurchmesser und damit der Austrittsschräge der Strömung, die durch sie bewirkt wird, unterscheiden; b) Änderung des wirksamen Ventilhubes und c) Änderung des Sitzwinkels des Ventils, welche zuletzt genannten Maßnahmen an sich bekannt sind.
  • 3. Der Bereich des Ventilspaltes, in dem ein negativer, d. h. dem gewünschten Drehsinn entgegengesetzt gerichteter Drallanteil erzeugt wird, kann durch Verwendung von Sperrelementen bekannter Art, die auf dem Ventilkörper oder im Kanal bzw. unter einem eingesetzten Ventilsitzringangebracht sein können, ausgeschaltet werden. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß ein solches Sperrelement in Verbindung mit einem Einlaßkanal der beschriebenen Ausführung zweckmäßig im Bereich zwischen den Radien IV und V angeordnet wird, d. h. in dem Bereich, in dem ein negativer Drallanteil erzeugt würde.
  • Es ist weiter ersichtlich, daß bei einem Einlaßkanal der erfindungsgemäßen Bauart das Sperrelement sich im Vergleich zu den bisher üblichen Einlaßkanalformen, bei denen Sperrelemente mit einer Ausdehnung von 100 bis 180° Umfangswinkel zur Anwendung kommen, nur über einen wesentlich kleineren Umfangswinkel zu erstrecken braucht, der in der Größenordnung von höchstens etwa 60° liegt. Es können also bei Anwendung der Erfindung auch noch Luftanteile mit zur Drallerzeugung herangezogen werden, die bei Anwendung von Sperrelementen der bisher üblichen Umfangsausdehnung unwirksam bleiben würden. Durch die bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einlaßkanals erreichbare Verkleinerung des Sperrelementes kann also im Gegensatz zu den. bisherigen Lösungen dieser Art nicht nur die Füllung, sondern auch der Drall im Zylinder noch gesteigert werden.
  • Für die Gegenstände der Unteransprüche wird nur in Verbindung mit dem Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) Schutz begehrt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkraftmaschineru-Zylinderkopf mit außermittig angeordnetem Einlaßventil und mit einer eine kreisende: Strömung im Arbeitszylinder hervorrufenden Ausbildung des Einlaßkanals, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (3) aus einer Richtung, (III) in den Raum über dem Einlaßventil (2) einmündet, welche zur Richtung eines den Ventilteller- in der Ventileinlaßebene tangierenden Zylinderradius (4) senkrecht steht, und daß der sich an den Kanal (3) anschließende Strömungsraum über dem Ventil aus zwei kanalartigen Asten (Al, BI) unterschiedlichen Volumens (Fig.9) besteht, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen um die Ventilachse herum geführt sind und im Durchsatzquerschnitt sich nach dem Ventilsitz hin verjüngend am tiefsten Punkt (VI) ihrer oberen Kanalabdeckung ineinander übergehen.
  2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da:ß der Kanal (3) vor dem Raum über dein Einlaßventil (2) langgestreckt und im Querschnitt elliptisch oder oval gestaltet ist (Fig. 8) .
  3. 3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ovale Ouerschnitt (Fig. 8) gegen den Ventilsitz hin schmäler als auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite ist.
  4. 4. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die große Achse (F) der Ellipse (Fig. 8) mit der Ventilachse einen spitzen Winkel (;) einschließt.
  5. 5. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. daß die kanalförmigen Äste (Al. hl) sich über ungleiche Bereiche des Ventilumfanges erstrecken und im Querschnitt über den Ventilumfang hin jeweils bis zum tiefsten Punkt (VI) ihrer oberen Kanalabdeckung nach Art einer räumlichen Spirale abnehmen.
  6. 6. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefste Stelle (VI) der Decke des Raumes über dem Einlaßventil, wo die kanalartigen Äste (Al, B1) sich treffen bzw. ineinander übergehen, bezogen auf den durch die Ventilachse gehenden Zylinderradius, spiegelbildlich zur Einmündungsstelle des Einlaßkanals in dein Raum über dem Einlaßventil liegt, d. h. an der zweiten möglichen Stelle, wo ein Zylinderradius den Ventilteller in der Ventilauslaßebene tangiert.
  7. 7. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den unteren Kanalwandungsabschnitten des Einlaßkanals (3) an der Stelle, wo diese Wandungsabschnitte in den Raum über dein Einlaßventil übergehen, Ausrundungen (11) angeordnet sind, welche die Aufspaltung des Hauptluftstromes in Teilluftströme entsprechend den Kanalführungen (Al, B1) begünstigen. B. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch. gekennzeichnet, daß in. den. Kanal (3) Leitelemente (23) so eingebaut sind, daß sie die Aufspaltung der Strömung in zwei die Ventilführung in den vorerwähnten kanalartigen Ästen (A1, B1) in entgegengesetztem Drehsinn umspülende Teilströme unterstützen. 9. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Wandung (12) des Raumes über dem Einlaßventil (2) gegen die Ventilachse! (10) für jeden Punkt des Ventilumfanges entsprechend der hier jeweils vorhandenen Schräge der austretenden Strömung geneigt ist. 10. Zylinderkopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Wandung (12) des Raumes über dem Einlaßven.til (2) an der tiefsten Stelle. (VI, Fig. 6 und 9) der Decke des Raumes über dem Einlaßventil (2) unter 45° Neigung zur Ventilkanzel (14) aufsteigt. 11. Zylinderkopf nach dem Ansprüchen. 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ventilsitz (24) ein sich über den Bereich zwischen den Radien I und 1I (Fig'.3) erstreckender Verengungswulst (25) angeordnet ist, der eine Schrägfläche (25a) aufweist, deren Neigung zur Ventileinlaßebene für jeden Umfangspunkt des vorgenannten Bereiches der Schräge der durchtretenden Strömung an dem betreffenden Punkt entspricht. 12. Zylinderkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verengungswulst (25) in einem eingesetzten Ventilsitzring (26) angebracht ist. 13. Zylinderkopf nach Anspruch 12, gekenaizeichnet durch seine Ausrüstung mit auswechselbaren Ventilsitzringen (26) mit unterschiedlichen Verengungswülsten (25). 14. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilführung (22) längs verschieblich und/oder verdrehbar ausgebildet ist. 15. Zylinderkopf nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, d'aß die längs verschiebliche und/ oder verdrehbare Ventilführung (22) an ihrem unteren Ende abgeschrägt oder in anderer Weise unsymmetrisch ausgebildet ist. 16. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ventilführung (22) ein längs verschiebliches und/oder verdrehbares Element (27) aufgesetzt ist, das an seinen unteren Ende abgeschrägt oder in anderer Weise unsymmetrisch ausgebildet ist. 17. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Ventileinlaßquerschnitt in. dem Bereich, wo, ein. negativer Drallanteil nicht unterdrückbar ist (Bereich zwischen Radien IV und V, Fig. 3), ein an sich bekanntes Sperrelement angeordnet ist, das sich über einen Umfangswinkel von höchstens 60 % erstreckt. 18. Zylinderkopf nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement in an sich bekannter Weise auf dem Ventilkörper angebracht ist.
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