DE19942169A1 - Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen je Zylinder - Google Patents
Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen je ZylinderInfo
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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.
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