DE19942169A1 - Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen je Zylinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (2) für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen (4, 5) je Zylinder (1), zu welchen jeweils ein Einlaßkanal (6, 7) führt, wobei einer der beiden Einlaßkanäle (6, 7) als Neutralkanal ausgebildet und ein Einlaßkanal (7) mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden und sich über die gesamte Kanalhöhe erstreckenden Trennwand (8) versehen ist, die sich von einer Flanschfläche (10) des Zylinderkopfes (2) bis in den Ventilraum des Einlaßventils (5) erstreckt und welche zwei Teilkanäle (8a, 8b) ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils (5) wieder vereinigen, wobei der Durchfluß durch zumindest einen Teilkanal (8b) durch ein Steuerorgan (9) steuerbar ist. Es ist zur Verbesserung der Drallregelung und des Luftdurchsatzes bei Drallströmung vorgesehen, daß die Trennwand (8) in dem als Neutralkanal ausgebildeten Einlaßkanal (7) angeordnet ist und der andere Einlaßkanal (6) drallerzeugend ausgebildet ist, wobei das Steuerorgan (9) im Neutralkanal oder einem zu diesem führenden Einlaßrohr angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventi­ len je Zylinder, zu welchen jeweils ein Einlaßkanal führt, wobei einer der beiden Einlaßkanäle als Neutralkanal ausgebildet und ein Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufen­ den und sich über die gesamte Kanalhöhe erstreckenden Trennwand versehen ist, die sich von einer Flanschfläche des Zylinderkopfes bis in den Ventilraum des Einlaßventiles erstreckt und welche zwei Teilkanäle ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils wieder vereinigen, wobei der Durchfluß durch zumindest einen Teilkanal durch ein Steuerorgan steuerbar ist.

Es sind Zylinderköpfe bekannt, bei welchen eines der Einlaßventile so ausgebildet ist, daß die Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, daß der zugehörige Einlaßkanal als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei Vollast und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine die angestrebte optimale Füllung des Zylinders auf Kosten der Drallerzeugung, welche in diesem Betriebsbe­ reich gar nicht erwünscht ist, nicht erreicht wird. Für die Anwendung, vor allem bei Ma­ ger-Ottomotoren, Common Rail Hi-Speed DI-Motoren, LKW-Motoren (Bohrung z. B. 130 mm), ist für deren Verbrennungsverfahren bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein oder niedriger Drall, jedoch optimale Füllung erforderlich, für niedrige Last jedoch ist ein Drall erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von geringer Bedeutung.

Aus der DE 36 19 550 A1 ist ein Zylinderkopf der eingangs genannten Art bekannt, bei dem erste Einlaßkanal als drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die beiden Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Nachteilig ist dabei allerdings, daß im drallosen bzw. drallgestörten Fall der Durchfluß nicht optimal ist.

Ein ähnlicher Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen und zwei relativ kurzen Einlaßkanälen, von denen einer drallerzeugend ausgeführt ist, ist aus der EP 0 173 014 A2 bekannt. Dabei zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlaßkanal eine Bypassleitung ab und mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer Regelklappe kann der Durchfluß des nicht drallerzeugenden Kanales und der Bypassleitung geregelt wer­ den. Durch diese Anordnung ist in ähnlicher Weise wie bei der DE 36 19 550 A1 durch Stö­ rung des Dralles eine Drallregelung möglich.

Aus der EP 0 258 207 A2 ist ein Zylinderkopf für eine zweiventilige Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welchem der Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufen­ den Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluß an den Einlaßka­ nal, einer der beiden Kanalteile mit einer Regelklappe verschließbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regelklappe im Durchfluß geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregel­ ten Kanalteil ergibt die in diesem Betriebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Vollast die bestmögliche Füllung des Zylinders erreicht werden, so wird die Klappe voll­ ständig geöffnet und damit der gesamte Kanalquerschnitt freigegeben. Bei dieser Einströmung ergibt sich eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung.

Aus der AT 402 326 B ist ein Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine der eingangs ge­ nannten Art bekannt, bei der ein Einlaßkanal und der diesem zugewendete Teilkanal des ande­ ren Einlaßkanales gemeinsam mit einer Regelklappe im Durchfluß regelbar ist. Dadurch kann einerseits bei Vollast eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung mit bestmöglicher Füllung des Zylinders erreicht und andererseits bei Teillast bzw. niedriger Drehzahl eine Drallströ­ mung erreicht werden, bei der allerdings der Durchsatz sehr reduziert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Drallregelung und den Luftdurchsatz bei Drallströmung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Trennwand in dem als Neutralkanal ausgebildeten Einlaßkanal angeordnet ist und der andere Einlaßkanal drallerzeugend ausge­ bildet ist, wobei das Steuerorgan im Neutralkanal oder einem zu diesem führenden Einlaßrohr angeordnet ist.

Es kann dabei vorgesehen sein, daß zumindest einer der beiden Einlaßkanäle von einer in Motorlängsrichtung liegenden Flanschebene ausgeht, die in einem Winkel größer Null zur Zylinderachse angeordnet ist, wobei der Winkel vorzugsweise zwischen 60° und 90°, beson­ ders vorzugsweise etwa 90° beträgt. Dadurch kann der jeweils günstigste Einströmwinkel für den drallerzeugenden Einlaßkanal bei optimalem Durchfluß realisiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Trennwand - in Richtung der Zylinderachse betrachtet - im Bereich des Einlaßventiles mit einer Verbindungsgeraden zwischen der Zylindermitte und der Ventilmitte des Einlaßventiles einen Winkel zwischen 60° und 120°, vorzugsweise etwa 90° einschließt. Durch den Anstellwinkel der Trennwand kann der Drall auf die jeweiligen Erfordernisse optimal angepaßt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß durch das Steueror­ gan nur einer der beiden Teilkanäle verschließbar ist, wobei vorzugsweise der verschließbare Teilkanal im Bereich der Mündung in den Brennraum einen geringeren Abstand von der Zy­ linderachse aufweist, als der andere Teilkanal. Genauso ist es möglich, daß der verschließbare Einlaßkanal im Mündungsbereich weiter von der Zylinderachse entfernt liegt. Durch Ab­ schalten des einen der beiden Teilkanäle kann der Drall wesentlich gesteigert werden, ohne den Luftdurchsatz überproportional zu vermindern. Dadurch kann bis in den oberen Teillast­ bereich eine Drallströmung ohne wesentliche Durchflußeinbußen erzeugt werden. Eine be­ sonders flexible Drallsteuerung ist möglich, wenn jeder der beiden Teilkanäle durch je ein Steuerorgan verschließbar ist.

Der nicht mit der Trennwand versehene, drallerzeugende Einlaßkanal kann entweder als Tan­ gentialkanal oder als Spiralkanal ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen in schemati­ scher Darstellung

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse,

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend den Pfeilen II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Einlaßkanäle, entsprechend den Pfeilen III-III in Fig. 1,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse,

Fig. 5 eine Ansicht entsprechend den Linien V-V in Fig. 4,

Fig. 6 und Fig. 7 weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse.

Von der vorzugsweise mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 eine Zylin­ derbohrung 1 sowie ein Zylinderkopf 2 dargestellt. Die Zylindermitte bzw. die Zylinderachse ist mit 3 bezeichnet. Pro Zylinder 1 weist die Brennkraftmaschine zwei Einlaßventile 4 und 5 auf. Zu jeden der beiden Einlaßventile 4, 5 führt jeweils ein Einlaßkanal 6, 7, wobei der Ein­ laßkanal 7 als Füllkanal bzw. Neutralkanal ausgelegt ist. Der eine Einlaßkanal 6 ist dabei drallerzeugend ausgebildet, beispielsweise als - wie in Fig. 1 gezeigt - Tangentialkanal. Er kann aber auch - wie in Fig. 6 dargestellt ist - als Spiralkanal ausgebildet sein.

Der andere Einlaßkanal 7 bildet einen Neutralkanal, also einen Kanal, dessen Form an sich keine ausgeprägte Drallströmung im Zylinderraum indiziert.

Der Neutralkanal 7 weist im Bereich seiner Strömungslängsachse 7a eine Trennwand 8 auf, welche den Neutralkanal in zwei Teilkanäle 8a und 8b unterteilt. Der Durchfluß eines der bei­ den Teilkanäle 8a, 8b kann über ein Steuerorgan 9, beispielsweise eine Steuerklappe, gesteu­ ert werden, so daß der im Brennraum indizierte Drall verkleinert oder vergrößert werden kann. Im Teillastbereich ist das Steuerorgan 9 geschlossen, wodurch nur mehr durch den Teil­ kanal 8a bzw. 8b Luft oder Gemisch in den Brennraum einströmt und dort durch die asym­ metrische Einströmung einen Drall erzeugt, welcher gleichsinnig zu dem durch den Einlaßka­ nal 6 erzeugten Drall ausgeprägt ist. Bei hohen Motordrehzahlen wird das Steuerorgan 9 ge­ öffnet und somit der volle Durchflußquerschnitt bereitgestellt. Besonders hohe Flexibilität in der Drallsteuerung ergibt sich, wenn in beiden Teilkanälen 7, 8 ein Steuerorgan 9 angeordnet ist. Die Trennwand 8 ist von einer Flanschfläche 10 bis zum Einlaßventil 5 geführt, wobei unmittelbar vor dem Einlaßventil 5 sich die beiden Teilkanäle 8a und 8b wieder vereinigen können. Im Bereich des Einlaßventiles 5 schließt die Trennwand 8 mit einer Verbindungslinie 11 zwischen der Zylindermitte 3 und der Ventilmitte 5a einen Winkel ϕ ein, der zwischen 60° bis 120°, vorzugsweise 90° beträgt. Durch den Winkel ϕ, durch die Länge der Trennwand im Ventilbereich und durch das Querschnittverhältnis zwischen den beiden Teilkanälen kann der durch den Teilkanal 8 bei geschlossenem Steuerorgan 9 erzeugte Drall festgelegt werden.

In den in den Fig. 1 bis 3 und 7 gezeigten Ausführungsvarianten gehen beide Einlaßkanäle 6, 7 von der gleichen Motorseite aus, und zwar von einer Flanschfläche 10, welche etwa parallel zur Zylinderachse 3 und der Motorlängsachse 12 verläuft.

Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsvariante dagegen geht der Neutralkanal 7 von einer Flanschfläche 10 aus, welche einen Winkel α zwischen etwa 60° und 90°, vor­ zugsweise 90° auf die Zylinderachse 3 einschließt, während der Tangentialkanal 6 weiterhin von einer seitlichen Flanschfläche ausgeht. Er könnte aber auch, wie der Neutralkanal 7 in Fig. 5, von einer etwa horizontalen Flanschfläche ausgehen. Auf diese Weise kann die Kanal­ führung an das jeweilige Konstruktionskonzept angepaßt werden.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Neutralkanal 7 von einer seitlichen Flanschfläche 10 ausgeht und bei der der drallerzeugend ausgebildete Einlaßkanal 6 durch einen Spiralkanal gebildet wird, welcher von einer Flanschfläche im Bereich der Zylinder­ kopfdecke ausgeht, die - analog zu Fig. 4 und 5 - etwa normal auf die Zylinderachse 3 ver­ läuft. Die Einlaßkanäle 6, 7 könnten aber auch von einer gemeinsamen horizontalen oder seit­ lichen Flanschfläche ausgehen. Auch bei dieser Ausführung kann die Kanalführung an das jeweilige Konstruktionskonzept angepaßt werden.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Neutralkanal 7 und einem als Tangentialkanal ausgebildeten drallerzeugenden Einlaßkanal 6, wobei der Neutralkanal 7 hakenförmig um eine Zylinderkopfschraube 13 herumgeführt ist. Die Einlaßkanäle 6, 7 gehen von einer gemeinsa­ men seitlichen Flanschfläche 10 aus, welche parallel zur Motorlängsachse 12 durch die Zylin­ derachse 13, oder auch geneigt dazu ausgeführt werden kann.

Das Steuerorgan 9 ist in Fig. 7 im Teilkanal 8 angeordnet. Anstelle dieses oder zusätzlich dazu kann auch im anderen Teilkanal 7 ein Steuerorgan 9 vorgesehen sein.

Claims (8)

1. Zylinderkopf (2) für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen (4, 5) je Zylinder (1), zu welchen jeweils ein Einlaßkanal (6, 7) führt, wobei einer der beiden Einlaßkanäle (6, 7) als Neutralkanal ausgebildet und ein Einlaßkanal (7) mit einer in seiner Längs­ richtung verlaufenden und sich über die gesamte Kanalhöhe erstreckenden Trennwand (8) versehen ist, die sich von einer Flanschfläche (10) des Zylinderkopfes (2) bis in den Ventilraum des Einlaßventiles (5) erstreckt und welche zwei Teilkanäle (8a, 8b) ausbil­ det, die sich im Bereich des Einlaßventils (5) wieder vereinigen, wobei der Durchfluß durch zumindest einen Teilkanal (8b) durch ein Steuerorgan (9) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) in dem als Neutralkanal ausgebildeten Einlaß­ kanal (7) angeordnet ist und der andere Einlaßkanal (6) drallerzeugend ausgebildet ist, wobei das Steuerorgan (9) im Neutralkanal oder einem zu diesem führenden Einlaßrohr angeordnet ist.

2. Zylinderkopf (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der beiden Einlaßkanäle (6, 7) von einer in Motorlängsrichtung liegenden Flanschebene (10) ausgeht, die in einem Winkel (α) größer Null zur Zylinderachse (3) angeordnet ist, wo­ bei der Winkel (α) vorzugsweise zwischen 60° und 90°, besonders vorzugsweise etwa 90° beträgt.

3. Zylinderkopf (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) - in Richtung der Zylinderachse (3) betrachtet - im Bereich des Einlaßventiles (5) mit einer Verbindungsgeraden (11) zwischen der Zylindermitte (3) und der Ventilmitte (5a) des Einlaßventiles (5) einen Winkel (ϕ) zwischen 60° und 120°, vorzugsweise etwa 90° einschließt.

4. Zylinderkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuerorgan (9) nur einer der beiden Teilkanäle (8b) verschließbar ist, wobei der verschließbare Teilkanal (8b) im Bereich der Mündung in den Brennraum einen ge­ ringeren Abstand von der Zylinderachse (3) aufweist, als der andere Teilkanal (8a).

5. Zylinderkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuerorgan (9) nur einer der beiden Teilkanäle (8a) verschließbar ist, wobei der verschließbare Teilkanal (8a) im Bereich der Mündung in den Brennraum einen grö­ ßeren Abstand von der Zylinderachse (3) aufweist als der andere Teilkanal (8b).

6. Zylinderkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Teilkanäle (8a, 8b) durch je ein Steuerorgan (9) verschließbar ist.

7. Zylinderkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der drallerzeugend ausgebildete Einlaßkanal (6) ein Tangentialkanal ist.

8. Zylinderkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der drallerzeugend ausgebildete Einlaßkanal (6) ein Spiralkanal ist.