DE1253949B

DE1253949B - Cylinder head

Info

Publication number: DE1253949B
Application number: DED37435A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Friedrich Dipl-Ing; Dipl-Ing Helmut Dobler; Dipl-Ing Ludwig Kraus
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1961-11-11
Filing date: 1961-11-11
Publication date: 1967-11-09
Also published as: GB968772A

Description

Zylinderkopf Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine mehrzylindrige, mit einem Verdichtungsverhältnis 1 : 8 bis 1: 14 arbeitende Viertakt-Reihenbrennkraftmaschine mit Wasserkühlung und Zeitpunktfremdzündung, bei dem für jeden Zylinder je ein parallel zur Zylinderlängsachse hängendes Einlaßventil und ein hängendes Auslaßventil angeordnet sind, der Einlaßkanal zumindest mit seinem an das Einlaßventil anschließenden Teil in Richtung zu der einen, der Auslaßkanal in Richtung zu der anderen Zylinderkopflängsseite hin führen und das Einlaßventil in Richtung des Einlaßkanals nach der betreffenden Zylinderkopflängsseite hin gerückt ist.Cylinder head The invention relates to a cylinder head for a multi-cylinder, with a compression ratio of 1: 8 to 1: 14 working Four-stroke in-line internal combustion engine with water cooling and spark ignition timing, at for each cylinder there is an inlet valve hanging parallel to the longitudinal axis of the cylinder and a hanging outlet valve are arranged, the inlet channel at least with his the part adjoining the inlet valve in the direction of the one, the outlet channel lead in the direction of the other longitudinal side of the cylinder head and the inlet valve moved in the direction of the inlet duct towards the relevant cylinder head longitudinal side is.

Bei Brennkraftmaschinen mit Zeitpunktfremdzündung, die mit Verdichtungsverhältnissen arbeiten, die zwischen denen des üblichen Ottomotors und des Dieselmotors, also zwischen 1 : 8 und 1 : 14 liegen, hat es sich zur Erzielung eines klopffreien Betriebes als notwendig erwiesen, am Einlaß für die Verbrennungsluft Maßnahmen zu treffen, durch welche der Verbrennungsluft im Zylinder kräftige, um die Zylinderlängsachse kreisende Bewegungen erteilt werden. Als besonders vorteilhaft ist hierzu ein Einlaßkanal geeignet, der sich in Ventilnähe spiralförmig um die Ventilführung windet, weil durch ihn im Gegensatz zu einigen anderen Mitteln zur Erzeugung von Drall in der Verbrennungsluft, z. B. Anordnung von Schirmventilen, die Füllung des Zylinders nicht beeinträchtigt wird. Nachteilig ist jedoch, daß der spiralförmige Teil des Einlaßkanals verhältnismäßig viel Raum im Zylinderkopf beansprucht, so daß die Kühlung des wegen des angewendeten hohen Verdichtungsverhältnisses thermisch hoch beanspruchten Zylinderkopfes nur ungenügend ausfallen kann. Zwischen dem spiralförmigen Teil des Einlaßkanals und dem in Ventilnähe gelegenen Teil des AuslaßkanaIs bleibt nur dann ein genügender Kühlwasserdurchlaß übrig, wenn die Ventildurchmesser unter dem Maß bleiben, das bei Anordnung üblicher Kanäle anwendbar wäre.In internal combustion engines with spark ignition timing, those with compression ratios work that is between those of the usual gasoline engine and the diesel engine, so are between 1: 8 and 1:14, it has to achieve a knock-free operation proved necessary to take measures at the inlet for the combustion air, through which the combustion air in the cylinder is powerful, around the longitudinal axis of the cylinder circular movements are given. An inlet channel is particularly advantageous for this purpose suitable, which winds in a spiral around the valve guide near the valve, because through him in contrast to some other means of generating twist in the Combustion air, e.g. B. Arrangement of umbrella valves, the filling of the cylinder is not affected. However, it is disadvantageous that the spiral part of the Inlet port takes up a relatively large amount of space in the cylinder head, so that the cooling the thermally highly stressed because of the high compression ratio used The cylinder head can only fail inadequately. Between the spiral part of the Only then remains the inlet channel and the part of the outlet channel located near the valve a sufficient passage of cooling water is left if the valve diameter is below the limit remain, which would be applicable if conventional channels were arranged.

Um bei Verwendung üblicher Ventildurchmesser im Zylinderkopf trotz großer Verdichtungsverhältnisse und trotz spiralförmiger Ausbildung des Einlaßkanals zwischen dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal Raum für einen ausreichenden Kühlwasserdurchlaß zu schaffen, sieht die Erfindung vor, auch das Auslaßventil parallel zur Mittellängsachse des Zylinders hängend anzuordnen, beide Ventile derart zu versetzen, daß eine Ebene, in welcher die Mittellängsachsen beider Ventile und die Mittellängsachse des Zylinders liegen, im Winkel zu der Ebene steht, in welcher die Mittellängsachsen aller Zylinder liegen, und der Einlaßkanal in Ventilnähe in an sich bekannter Weise sich spiralförmig um die Ventilführung windend ausgebildet ist. Durch diese Maßnahmen wird zusätzlich erreicht, daß die Kanäle kurz gehalten werden können, so daß die Aufheizung der Verbrennungsluft im Einlaßkanal vom Kühlwasser her klein wird und ebenfalls die Aufheizung des Kühlwassers von den heißen Abgasen her klein wird. Außerdem ist noch besonders vorteilhaft, daß beide Ventile über Stoßstangen von einer Zylinderlängsseite aus über Kipphebel betätigt werden können, welche die gleichen Längenabmessungen haben und unter sich gleich sind.In order to use normal valve diameters in the cylinder head despite high compression ratios and despite the spiral design of the inlet channel between the inlet channel and the outlet channel space for a sufficient passage of cooling water To create, the invention provides that the outlet valve is parallel to the central longitudinal axis to arrange the cylinder hanging, to move both valves in such a way that a plane in which the central longitudinal axes of both valves and the central longitudinal axis of the cylinder lie at an angle to the plane in which the central longitudinal axes of all cylinders lie, and the inlet channel in the vicinity of the valve in a manner known per se spirally is formed winding around the valve guide. These measures will additionally achieved that the channels can be kept short, so that the heating of the Combustion air in the inlet duct from the cooling water is small and also the Heating of the cooling water from the hot exhaust gases is small. Besides, is still particularly advantageous that both valves via push rods from one cylinder longitudinal side can be operated from via rocker arms, which have the same length dimensions have and are equal among themselves.

In weiterer Ausgestaltung des Zylinderkopfes können die Einlaßkanäle in Ventilnähe derart tangential zur Ventilführung verlaufen, daß der spiralförmige Teil des Einlaßkanals im Bereich seiner größten Querschnittsfläche zum benachbarten Zylinder hin oder nach der vorderen oder hinteren Abschlußwandung des Zylinderkopfes hin angeordnet ist, so daß der zwischen zwei Zylindern im Zylinderkopf meist übrige Raum und auch der Raum am Anfang und Ende des Zylinderkopfes zur Unterbringung der spiralförmigen Teile der Einlaßkanäle vorteilhaft ausgenutzt wird.In a further embodiment of the cylinder head, the inlet channels in the vicinity of the valve run tangentially to the valve guide in such a way that the spiral-shaped Part of the inlet channel in the area of its largest cross-sectional area to the neighboring one Cylinder towards or towards the front or rear end wall of the cylinder head is arranged so that the remaining between two cylinders in the cylinder head is mostly Space and also the space at the beginning and end of the cylinder head to accommodate the helical parts of the inlet channels is advantageously used.

Bei einer Vierzylindermaschine, bei welcher lediglich zwischen dem zweiten und dritten Zylinder ein Kühlwasserdurchlaß vorgesehen ist, können die spiralförmigen Teile der Einlaßkanäle mit den Bereichen ihrer größten Querschnittsflächen beim ersten und vierten Zylinder der Abschlußwandung des Zylinderkopfes und können diejenigen beim zweiten und dritten Zylinder gegeneinander zugekehrt sein. Durch diese Anordnung wird ein klarer Aufbau erzielt, der es ermöglicht, vom Ansaug-Sammelrohr zu den Ansaugkanälen lediglich drei Verbindungsstutzen und von den Auslaßkanälen zu dem Abgas-Sammelrohr nur zwei Verbindungsstutzen anzuordnen.In a four-cylinder engine, in which only between the second and third cylinders a cooling water passage is provided, the spiral-shaped Parts of the inlet channels with the areas of their largest cross-sectional areas at first and fourth cylinders of the end wall of the cylinder head and can those face each other on the second and third cylinder. Through this arrangement a clear structure is achieved, which makes it possible to access from the intake manifold the Intake channels only three connecting pieces and from the outlet channels to the Exhaust manifold to arrange only two connecting pieces.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dar.The drawing represents the subject matter of the invention in two exemplary embodiments represent.

F i g. 1 zeigt einen waagerechten Schnitt durch einen Zylinderkopf nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Zu jedem der Zylinder 1 gehörig ist in dem Zylinderkopf je ein hängendes Einlaßventil 2 und je ein hängendes Auslaßventil 3 vorgesehen. Die Mittellängsachse 4 des Einlaßventils 2 und die Mittellängsachse 5 des Auslaßventils 3 stehen parallel zu den Mittellängsachsen 6 der Zylinder 1. Die Einlaßkanäle 7 führen von der einen Längswandung 8 des Zylinderkopfes aus zu den Einlaßventilen 2. Die Auslaßkanäle 9 führen von den Auslaßventilen 3 zu der (Yeaenüberliegenden Längswandung 10 des Zylinderkopfes. Die Einlaßkanäle 7 sind jeweils in der Nähe der Einlaßventile 2 mit einem spiralförmigen Teil 11 versehen. der sich zur Erzielung eines Dralles in der einströmenden Verbrennungsluft bzw. des Gemisches um die Ventilführung 12 des Einlaßventils 2 herumwindet. Die Ebene 13, in welcher die Mittellängsachsen 4, 5 des Einlaßventils 2 und des Auslaßventils 3 und die Mittellängsachse 6 des Zylinders 1 liegen, steht im Winkelt zu der Ebene 14, in welcher die Mittellängsachsen 6 aller Zylinder 1 liegen. Das Einlaßventil 2 ist gegenüber dem Auslaßventil 3 bei jedem Zylinder 1 derart versetzt, daß das Einlaßventil 2 näher an die Längswandung 8, das Auslaßventil 3 näher an die Längswandung 10 des Zylinderkopfes gerückt ist. Die Ebenen 13 stehen insgesamt parallel zueinander. Die spiralförmigen Teile 11 der Einlaßkanäle 7 mit den größeren Querschnittsflächen sind jeweils nach dem benachbarten Zylinder 1 hin gelegt. Beim letzten Zylinder 1 ist der spiralförmige Teil 11 gegen die Abschlußwandung 15 des Zylinderkopfes zu gerichtet.F i g. 1 shows a horizontal section through a cylinder head according to the first embodiment. Associated with each of the cylinders 1, a hanging inlet valve 2 and a hanging outlet valve 3 are provided in the cylinder head. The central longitudinal axis 4 of the inlet valve 2 and the central longitudinal axis 5 of the exhaust valve 3 are parallel to the central longitudinal axes 6 of the cylinder 1. The inlet channels 7 lead from one longitudinal wall 8 of the cylinder head to the inlet valves 2. The outlet channels 9 lead from the exhaust valves 3 to the (Yeaen facing longitudinal wall 10 of the cylinder head. The inlet channels 7 are each provided in the vicinity of the inlet valves 2 with a spiral-shaped part 11, which winds around the valve guide 12 of the inlet valve 2 to achieve a twist in the incoming combustion air or the mixture 13, in which the central longitudinal axes 4, 5 of the inlet valve 2 and exhaust valve 3 and the central longitudinal axis 6 of the cylinder 1 lie, is at an angle to the plane 14 in which the central longitudinal axes 6 of all cylinders 1 lie 3 offset in each cylinder 1 such that the intake valve 2 is closer to the longitudinal wall ung 8, the exhaust valve 3 is moved closer to the longitudinal wall 10 of the cylinder head. The planes 13 are overall parallel to one another. The spiral-shaped parts 11 of the inlet channels 7 with the larger cross-sectional areas are each placed towards the adjacent cylinder 1. In the case of the last cylinder 1, the spiral-shaped part 11 is directed against the end wall 15 of the cylinder head.

Durch die beschriebene Ventilanordnung und Kanalausbildung im Zylinderkopf wird bei Maschinen mit höheren Verdichtungsverhältnissen in der Größe von 1 :8 bis 1: 1=1 erreicht, daß trotz Anordnung spiralförmiger Teile 11 an den Einlaßkanälen 7 zur Erzielung ausreichender Luftwirbel genügend Raum zwischen der Wandung 16 des Einlaßkanals 7 und der Wandung 17 des Auslaßkanals 9 bleibt, um den wegen des hohen Verdichtungsverhältnisses zu erwartenden größeren Wärmeanfall an dieser Stelle durch große Mengen Kühlwasser abzuführen.Due to the valve arrangement and channel formation in the cylinder head described is used on machines with higher compression ratios ranging in size from 1: 8 to 1: 1 = 1 achieves that despite the arrangement of spiral-shaped parts 11 on the inlet channels 7 to achieve sufficient air vortices enough space between the wall 16 of the Inlet channel 7 and the wall 17 of the outlet channel 9 remains to be due to the high Compression ratio to be expected greater heat accumulation at this point discharge large amounts of cooling water.

Der Winkel a zwischen den Ebenen 13 und 14 kann hierbei in solchen Größen, z. B. 15°, gewählt werden, daß die Betätigung der Ventile mit unter sich gleich langen Kipphebeln und mit Stoßstangen von einer Maschinenlängsseite aus möglich ist.The angle a between the planes 13 and 14 can be in such Sizes, e.g. B. 15 °, can be selected that the actuation of the valves with under rocker arms of the same length and with bumpers possible from one longitudinal side of the machine is.

Bei dem Zylinderkopf nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, der in F i g. 2 in einem waagerechten Schnitt veranschaulicht ist, stehen die Ebenen 13, in denen bei jedem Zylinder 1 die Mittellängsachsen 4, 5 der Ventile und die Mittellängsachse 6 des Zylinders 1 liegt, nicht wie beim ersten Ausführungsbeispiel parallel zueinander, sondern so, daß diese Ebenen 13 sich jeweils zwischen zwei benachbarten Zylindern 1 schneiden. Dadurch ist es möglich, bei dem gezeigten Zylinderkopf für eine Vierzylindermaschine mit nur einem Wasserdurchlaß zwischen dem zweiten und dritten Zylinder 1 die spiralförmigen Teile 11 der Einlaßkanäle 7 beim ersten und letzten Zylinder 1 jeweils den Abschlußwandungen 15 des Zylinderkopfes 1 und beim zweiten und dritten Zylinder 1 gegeneinander zuzukehren. Infolge dieser Anordnung der Einlaßkanäle 7 liegen die Auslaßkanäle 9 des ersten und zweiten und die des dritten und vierten Zylinder 1 jeweils nebeneinander. Zwischen den Wandungen 16 der Einlaßkanäle 7 und den Wandungen 17 der Auslaßkanäle 9 bleibt ausreichender Durchtrittsraum für größere Mengen Kühlwasser. Betragen die Winkel x zwischen den Ebenen 13 und der Ebene 14 etwa 15 bis 20°, so können bei jedem Zylinder 1 die Ventile von einer Zylinderlängsseite aus über Stoßstangen 18, 19 betrieben werden, und die erforderlichen Kipphebel können unter sich gleich lang gemacht werden. Während bei dem Zylinderkopf nach dem ersten Ausführungsbeispiel noch ein Ansaug-Sammelrohr mit vier einzelnen, zu den Einlaßkanälen 7 führenden Verbindungsstutzen erforderlich ist, genügt im Fall des zweiten Ausführungsbeispiels die Anordnung eines Ansaug-Sammelrohres mit drei Verbindungsstutzen. Für das Abgas-Sammelrohr brauchen sogar nur zwei Verbindungsstutzen zu den Auslaßkanälen 9 geführt zu werden.In the cylinder head according to the second embodiment shown in FIG. 2 is illustrated in a horizontal section, the planes 13 in which the central longitudinal axes 4, 5 of the valves and the central longitudinal axis 6 of the cylinder 1 in each cylinder 1 are not parallel to one another as in the first embodiment, but in such a way that these planes 13 each intersect between two adjacent cylinders 1. This makes it possible, in the cylinder head shown for a four-cylinder engine with only one water passage between the second and third cylinder 1, the spiral-shaped parts 11 of the inlet ducts 7 in the first and last cylinder 1 each to the end walls 15 of the cylinder head 1 and in the second and third cylinder 1 to turn against each other. As a result of this arrangement of the inlet channels 7, the outlet channels 9 of the first and second and those of the third and fourth cylinder 1 are each adjacent to one another. Between the walls 16 of the inlet channels 7 and the walls 17 of the outlet channels 9, there remains sufficient passage space for larger amounts of cooling water. If the angles x between the planes 13 and the plane 14 are about 15 to 20 °, the valves of each cylinder 1 can be operated from a cylinder longitudinal side via push rods 18, 19 , and the required rocker arms can be made the same length. While the cylinder head according to the first embodiment still requires an intake manifold with four individual connecting pieces leading to the inlet channels 7, in the case of the second embodiment the arrangement of an intake manifold with three connecting pieces is sufficient. For the exhaust gas manifold, only two connecting pieces need to be led to the outlet channels 9.

Da bei den Zylinderköpfen beider Ausführungsbeispiele eine Vorwärmung der angesaugten Verbrennungsluft bzw. des angesaugten Gemisches durch den Auspuff bzw. das Abgas-Sammelrohr nicht möglich ist, weil die Kanäle nach verschiedenen Zylinderkopfseiten hin führen, können die Ansaug-Sammelrohre vorteilhaft doppelwandig ausgebildet und an eine den Kühler der Brennkraftmaschine umgehende, durch einen Thermostat gesteuerte Kurzschlußleitung angeschlossen werden. Der zweckmäßigerweise als 2-Ventil-Thermostat ausgebildete Thermostat leitet das Kühlwasser zunächst vollständig durch die Kurzschlußleitung. Bei höherer Außenlufttemperatur wird die Kurzschlußleitung abgeschaltet. Nach dem Anlassender Brennkraftmaschine erfolgt eine heftige Beheizung des Ansaug-Sammelrohres. Im Winter ist auch während der Fahrt eine gute Beheizung des Sammelrohres sichergestellt. Beim Befahren eines Passes z. B. im Sommer schaltet sich die Heizung bzw. Vorwärmung völlig ab.Since the cylinder heads of both exemplary embodiments require preheating the intake combustion air or the intake mixture through the exhaust or the exhaust manifold is not possible because the channels after different Lead to the cylinder head sides, the intake manifolds can advantageously double-walled formed and to a bypassing the cooler of the internal combustion engine, by a Thermostat controlled short-circuit line can be connected. The expedient The thermostat designed as a 2-valve thermostat initially conducts the cooling water completely through the short-circuit line. If the outside air temperature is higher, the short-circuit line becomes switched off. After the internal combustion engine has started, it is heated vigorously of the intake manifold. In winter there is also good heating while driving of the collecting pipe ensured. When driving on a pass z. B. switches in summer the heating or preheating completely.

Claims

Patentansprüche: 1. Zylinderkopf für eine mehrzylindrige, mit einem Verdichtungsverhältnis von 1 : 8 bis 1 : 14 arbeitende Viertakt-Reihenbrennkraftmaschine mit Wasserkühlung und Zeitpunktfremdzündung, bei dem für jeden Zylinder ein parallel zur Zylinderlängsachse hängendes Einlaßventil und ein hängendes Auslaßventil angeordnet sind, der Einlaßkanal zumindest mit seinem an das Einlaßventil anschließenden Teil in Richtung zu der einen, der Auslaßkanal in Richtung zu der anderen Zylinderkopflängsseite hin führen und das Einlaßventil in Richtung des Einlaßkanals nach der betreffenden Zylinderkopflängsseite hin gerückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch das Auslaßventil (3) parallel zur Mittellängsachse (6) des Zylinders (1) hängend angeordnet ist, beide Ventile derart versetzt sind, daß eine Ebene (13), in welcher die Mittellängsachsen (4, 5) beider Ventile und die Mittellängsachse (6) des Zylinders (1) liegen, im Winkel (a) zu der Ebene (1.4) steht, in welcher die Mittellängsachsen (6) aller Zylinder (1) liegen, und der Einlaßkanal (7) in Ventilnähe in an sich bekannter Weise sich spiralförmig um die Ventilführung (12) windend ausgebildet ist. Claims: 1. Cylinder head for a multi-cylinder, with a compression ratio of 1: 8 to 1: 14 working four-stroke in-line internal combustion engine with water cooling and time external ignition, in which for each cylinder an inlet valve hanging parallel to the cylinder longitudinal axis and a hanging outlet valve are arranged, the inlet port at least with its part adjoining the inlet valve in the direction of the one, the outlet channel in the direction of the other longitudinal side of the cylinder head and the inlet valve is moved in the direction of the inlet channel towards the cylinder head in question, characterized in that the outlet valve (3) is parallel to The central longitudinal axis (6) of the cylinder (1) is arranged hanging, both valves are offset in such a way that a plane (13) in which the central longitudinal axes (4, 5) of both valves and the central longitudinal axis (6) of the cylinder (1) lie, is at the angle (a) to the plane (1.4) in which the central longitudinal axes (6 ) all cylinders (1) lie, and the inlet channel (7) is designed in a known manner in the vicinity of the valve to spiral around the valve guide (12) .

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (7) in Ventilnähe derart tangential zur Ventilführung (12) verlaufen, daß der spiralförmige Teil (11) des Einlaßkanals (7) im Bereich seiner größten Querschnittsfläche zum benachbarten Zylinder (1) hin oder nach der vorderen oder hinteren Abschlußwandung (15) des Zylinderkopfes hin angeordnet ist. 2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the Inlet channels (7) in the vicinity of the valve run tangentially to the valve guide (12) in such a way that that the spiral-shaped part (11) of the inlet channel (7) in the region of its largest cross-sectional area towards the adjacent cylinder (1) or towards the front or rear end wall (15) of the cylinder head is arranged towards.

3. Zylinderkopf nach den Ansprüchen 1 und 2 bei einer Vierzylindermaschine, bei welcher lediglich zwischen dem zweiten und dritten Zylinder ein Kühlwasserdurchlaß vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Teile (11) der Einlaßkanäle (7) mit den Bereichen ihrer größten Ouerschnittsflächen beim ersten und vierten Zylinder (1) der Abschlußwandung (15) des Zylinderkopfes und diejenigen beim zweiten und dritten Zylinder (1) gegeneinander zugekehrt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1053 863; französische Patentschrift Nr. 1249 174; USA.-Patentschrift Nr. 2 767 694.3. Cylinder head according to claims 1 and 2 in a four-cylinder engine, in which a cooling water passage is provided only between the second and third cylinder, characterized in that the spiral-shaped parts (11) of the inlet channels (7) with the areas of their largest cross-sectional areas in the first and the fourth cylinder (1) of the end wall (15) of the cylinder head and those of the second and third cylinders (1) face one another. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1053 863; French Patent Specification No. 1,249,174. U.S. Patent No. 2,767,694.