DE19720490A1

DE19720490A1 - Zylinderkopf für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung

Info

Publication number: DE19720490A1
Application number: DE19720490A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Boehme; Heiko Dipl Ing Neukirchner
Original assignee: IAV Motor GmbH
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE19720490B4

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung gemäß dem Oberbegriff des 1 Anspruches, der sowohl bei Otto- als auch Dieselverbrennungsmotoren anwendbar ist.

Vorbekannt ist durch die Schrift EP 0 519 275 B1 ein gattungsgemäßer Mehrzylinder-Ottomotor mit Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum. In seinem Zylinderkopf sind je Zylinder zwei Einlaß- und Auslaßventile angeordnet, wobei deren Kanäle jeweils an eine gemeinschaftliche Ansaug- bzw. Abgasanlage angeschlossen sind. Eine Zündkerze ist im Zentrum zwischen den Ein- und Auslaßventilen angeordnet. Eine Einspritzdüse mündet jedoch außermittig am Rande der Zylinderkontur flach in den Zylinderkopf und spritzt stark außermittig an den Rand einer flachen Brennraummulde im Kolben. Diese Lösung weist einen mit flachen Querschnitten versehenen, teilweise zerklüfteten Brennraum im Kolben auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, der bei Otto- als auch Dieselmotoren für die Gestaltung des Brennraumes und für die Führung der Verbrennung eine günstige Lage von Zündkerze bzw. Glühkerze und Einspritzdüse ermöglicht und eine hohe Steifigkeit im Brennraumbereich aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese vielseitige Aufgabenstellung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruch beschriebene Gestaltung gelöst. Die alternative Zuordnung von Zündkerze und Einspritzdüse bzw. Glühkerze zu den Durchtritten zum Brennraum läßt eine Reihe von Brennraumgestaltungen im Kolben und Zylinderkopf zu, die in ihrer Wirkung und durch je ein abschaltbares Ein- und Auslaßventil in verschiedenen Lastbereichen bei Otto- sowie Dieselmotoren modifizierbar sind.

Die einen Schacht bildende, den Erstreckungsbereich der Einspritzdüsen und der Zünd- bzw. Glühkerzen umfassende Wandung ergibt einerseits Steifigkeit für den Brennraumbereich und andererseits günstige Verhältnisse für die Zuführung von Kraftstoff und Steuer- und Zündleitungen.

Im Brennraumbereich ergibt die offenbarte Zuordnung der Ventile zu den Durchtritten für Einspritzdüse und Zünd- bzw. Glühkerze im Bereich der Projektion des Zylinderdurchmessers genügend Wandstärke für Ventilsitzringe und eine Gestaltung der Durchtritte für die genannten in den Brennraum reichenden Elemente.

Wenn in den vorangegangenen und nachfolgenden Textteilen Zündkerzen genannt werden, können dies ebenso Glühkerzen oder Glühstifte sein, wenn der Zylinderkopf für einen Dieselmotor angewandt wird. Ebenso ist bei entsprechender Brennraum- und Kolbengestaltung ein Vertauschen von Einspritzdüse und Zünd- bzw. Glühkerze in der Anordnung denkbar, ohne aus dem Bereich der Erfindung zu gelangen.

Die Merkmale der Unteransprüche werden im Zusammenhang in der Beschreibung erörtert.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes erläutert, der bei Ottomotoren Anwendung finden soll.

Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Zuordnung der Ein- und Auslaßventile sowie von Einspritzdüse und Zündkerze in einer Ansicht des Zylinderbodens im Zylinderkopf,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf mit partiellen Aufbrüchen zur Darstellung der Zündkerze und der Dachschrägen des Brennraumes der Ein- und Auslaßventilseite,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit einem Schacht für Einspritzdüsen und Zündkerzen,

Fig. 4 einen Schnitt quer zur Kurbelwellenachse durch den Zylinderkopf im Bereich des Schachtes für die Einspritzdüsen und Zünd- oder Glühkerzen,

Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Kurbelwellenachse durch den Zylinderkopf im Bereich des Schachtes für die Einspritzdüsen und Zünd- oder Glühkerzen.

In Fig. 1 ist die schematisierte Anordnung der Ventile E1, E2, A1, A2 sowie von Zündkerze 5 bzw. Glühkerze und Einspritzdüse 4 über der dem Zylinderelement im Zylinderkopf 3 gezeigt.

Die Kurbelwellen bzw. Längsachse der Zylinderreihe ist mit KWA bezeichnet. Zwischen dem Einlaßventil E1 und dem überwiegend auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil A1 ist der Abstand größer als zwischen dem Einlaß- E2 und Auslaßventil A2 auf der anderen Zylinderhälfte. Die Einspritzdüse 4 kann z. B. zwischen dem Einlaßventil E1 und dem, auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil A1, im Brennraum 30 mündend, angeordnet sein.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die vorbeschriebene Anordnung eine angenäherte Platzierung zur Zylinderachse ZA mit günstiger Neigung der Einspritzdüse 4 zuläßt. In den Durchtritten Bz; Ba zum Brennraum 30 können Einspritzdüse 4 und Zündkerze 5 bzw. Glühkerze alternativ je nach Gestaltung der zwischen Zylinderkopf und Kolben gebildeten Brennraumform und dem Ladungsbewegungskonzept im Brenn- und Zylinderraum angeordnet werden.

Der Brennraum 30 im Zylinderkopf 3 wird überwiegend von einer Deckschräge 31 auf der Einlaßventilseite und einer Deckschräge 32 auf der Auslaßventilseite gebildet, siehe Fig. 2. Die Ebene der Deckschräge 31 auf der Einlaßventilseite verläuft durch die Verbindungsgrade VE der Ventilsitze von E1 und E2 und die der Deckschräge 32 auf der Auslaßventilseite durch die Verbindungsgrade VA der Ventilsitze von A1 und A2, siehe Fig. 2. Die Einspritzdüsen 4 und die Zündkerzen 5 sind in ihrem Erstreckungsbereich von einer, einen Schacht 6 bildenden, umlaufenden Wandung 60 umgeben, siehe Fig. 3. Dieser Schacht 6 kann sich über die Auflageebene 3d am Zylinderkopfes 3 für den Zylinderkopfdeckel 7 erstrecken und kann an einer höheren Partie des Zylinderkopfdeckels innen dichtend angrenzen, nicht dargestellt. Der Schacht 6 für die Einspritzdüsen 4 und die Zündkerzen 5 bzw. Glühkerzen kann sich auch über den Zylinderkopf 2 im Zylinderkopfdeckel 7 hinaus erstrecken, siehe Fig. 4.

Quer zur Kurbelwellenachse KWA sind im Schacht 6 jeweils in dem größeren Bereich zwischen den Durchtritten Bz und Ba Stege 61 mit einem in der rechten und linken Zylinderkopfseite mündenden Verbindungskanal (62) angeordnet, siehe Fig. 3 und 4. Damit ist ein Ölfluß von einer zur anderen Zylinderkopfhälfte möglich.

Vorteilhaft kann der Schacht 6 mittels eines Deckels - nicht dargestellt - verschlossen sein, der den Kraftstoffverteiler bildet. Auch besteht die Möglichkeit in oder an diesem Deckel die Steuerleitungen und deren Anschlüsse für die Einspritzdüsen, die Zündkerzen bzw. Glühkerzen anzuordnen. Ebenso ist es denkbar, in den Deckel die Zündspulen aufzunehmen und für deren Anschlüsse Kontaktleisten vorzusehen. - nicht dargestellt -.

Die Auslaßventile A1; A2 sind bezogen auf eine Ebene senkrecht zur Kurbelwellenachse KWA in unterschiedlichen Winkeln geneigt angeordnet, so daß die Ventilschaftenden beider Ventile A1; A2 in Richtung der Kurbelwellenachse KWA in gleicher Höhe etwa in einer Linie auf einer Ebene E enden. Dies vermeidet Versatz im Bereich der Ebene E des Eingriffs der Ventiltriebselemente am Ventilschaft, der durch die unsymmetrische Lage der Auslaßventile A1; A2 auf ihrer Zylinderhälfte bei gleichem Ventilwinkel eintreten würde, sieh Fig. 4.

Bezugszeichenliste

3

Zylinderkopf

3

d Dichtebene

30

Brennraum im Zylinderkopf

31

Deckschräge Einlaßventilseite

32

Deckschräge Auslaßventilseite

4

Einspritzdüse

5

Zündkerze

6

Schacht

60

Wandung

61

Stege

62

Verbindungskabel
A1;

A2 Auslaßventile
E1 stetig öffnendes Einlaßventil
E2 abschaltbares Einlaßventil oder Einlaßventil mit abschaltbarem Kanal
EZ Verbindungsgrade von Zündkerzendurchtritt und Einspritzdüsendurchtritt im Zylinderkopf zum Zylinderraum
VE Verbindungsgrade der Ventilsitze von E1 und E2
VA Verbindungsgrade der Ventilsitze von A1 und A2
Z Zylinderbohrung
ZA Zylinderachse
KWA Kurbelwellenachse
NWA Nockenwellenachse
Bz zentrischer Durchtritt zum Brennraum (alternativ mit

4

oder

5

belegbar)
Ba äußerer Durchtritt zum Brennraum
MA1;

MA2 Mittelachsen von A1 bzw. A2
ME1;

ME2 Mittelachsen von E1 bzw. E2

Claims

1. Zylinderkopf für Mehrzylindermotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung und dezentraler Anordnung der Nockenwellen mit folgendem Aufbau:

- Den Zylindern sind jeweils nebeneinanderliegend zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile gegenüberliegend zugeordnet, wobei deren Kanäle jeweils an einer Ansaug- bzw. Abgasanlage angeschlossen sind,
- die Einlaßventile sind etwa symmetrisch einer durch die Zylinderachse laufenden Senkrechten zur Kurbelwellen angeordnet,
- ein erster Durchtritt mündet im Brennraum außermittig der Zylinderprojektion,
- ein zweiter Durchtritt mündet etwa im Bereich der Zylinderachse in den Brennraum,
- alternativ sind der erste und zweite Durchtritt jeweils entweder mit einer Einspritzdüse oder einer Zündkerze bzw. Glühkerze bestückbar gekennzeichnet durch folgende Merkmale
- zwischen dem ersten Einlaßventil (E1) und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil (A1) ist der Abstand (Strecke ) größer als zwischen der Abstand (Strecke ) dem Einlaß- (E2) und Auslaßventil (A2) auf der anderen Zylinderhälfte,
- der erste Durchtritt (Ba) ist zwischen dem ersten Einlaßventil (E1) und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil (A1) im Brennraum (30) mündend angeordnet.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

- daß die Einspritzdüsen (4) und die Zündkerzen (5) bzw. Glühkerzen in ihrem Erstreckungsbereich oberhalb der Zylinderbohrung von einer, einen Schacht (6) bildenden umlaufenden Wandung (60) umgeben sind.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß quer zur Kurbelwellenachse (KWA) jeweils in dem größeren Bereich zwischen den Durchtritten (Bz und Ba) Stege (61) mit einem in der rechten und linken Zylinderkopfseite mündenden Verbindungskanal (62) im Schacht (6) angeordnet sind.

4. Zylinderkopf nach einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (6) sich über die Auflageebenen (3d) des Zylinderkopfdeckels (7) am Zylinderkopf (3) erstreckt und sich dabei vorzugsweise im Zylinderkopfdeckel (7) fortsetzt.

5. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Brennraum (30) im Zylinderkopf (3) von einer Deckschräge (31) auf der Einlaßventilseite und einer Deckschräge (32) auf der Auslaßventilseite überwiegend gebildet wird, dabei verläuft die Ebene der Deckschräge (31) durch die Verbindungs gerade (VE) der Ventilsitze der Einlaßventile (E1; E2) und die der Deckschräge (32) durch die Verbindungsgrade (VA) der Ventilsitze der Auslaßventile (A1; A2).

6. Zylinderkopf nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (A1; A2) bezogen auf die Dichtebene (3d) des Zylinderkopfes (3), in unterschiedlichen Winkeln geneigt angeordnet sind, so daß die Ventilschaftenden beider Ventile (A1; A2) in Richtung der Kurbelwellenachse (KWA) etwa in einer Eingriffsebene (E) enden.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 6 oder/und anderen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (4) oder Zünd- bzw. Glühkerze (5) die Verbindungsgerade (Strecke ) zwischen den Achsen des Einlaßventiles (E1) und des auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventiles (A1) tangierend oder überdeckend in den Brennraum (30) mündet.