DE3624899A1 - Brennkraftmaschinen-zylinderkopf mit zwillingsansaugbohrungen und einer gemischwirbelbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zwillingsansaugbohrungs­ konstruktion für einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf und insbesondere auf eine derartige Zwillingsansaugboh­ rungskonstruktion eines Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes, wobei zwei Einlaßventile, d. h., daß es sich um einen Zylinder mit drei oder vier Ventilen handelt, und eine Umschalt-Dros­ selklappe, um an die zwei Einlaßventile ein Luft-Kraftstoff­ gemisch in ausgewählter Weise in unterschiedlichen Verhält­ nissen heranzuführen, vorhanden sind und die Konstruktion in bezug auf die Verwirbelungseigenschaften bzw. -kennwerte sowie in bezug auf den Füllungsgrad bei verschiedenen Motor­ betriebszuständen gegenüber dem Stand der Technik verbes­ sert ist.

Die vorliegende Erfindung geht auf die JP-Patentanmeldun­ gen Nr. 60 - 1 63 149 (1985) und Nr. 60 - 1 86 886 (1985) zu­ rück. Zum Stand der Technik wird auf die JP-Patentanmeldung Nr. 56 - 1 43 215 verwiesen.

Im Stand der Technik sind verschiedene Arten von Ansaugboh­ rungskonstruktionen für Brennkraftmaschinen-Zylinderköpfe, und zwar insbesondere für solche der Zwillingsbauart, be­ kannt. Diese Ansaugbohrungskonstruktionen weisen in typi­ scher Weise eine Bauart für eine veränderliche Wirbelbewe­ gung auf, wobei der Zwillingsansaugkanal eine allgemein ge­ rade Ansaugbohrung sowie eine allgemein gedrallte, zur gera­ den Ansaugbohrung parallele Ansaugbohrung umfaßt, so daß beiden Ansaugbohrungen aus dem Ansaugkrümmer des Motors ein Luft-Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Hierbei ist eine Dros­ selklappe vorhanden, um in ausgewählter Weise wenigstens teilweise den Zustrom des Luft-Kraftstoffgemischs durch die gerade Ansaugbohrung zu unterbinden und einen besonderen Wirbel in ausgewählter Weise für das in den Brennraum des Motors eingesaugte Gemisch zu erzeugen, was der Verbesserung der Verbrennbarkeit, der Erhöhung der Ausbreitungsgeschwin­ digkeit der Flammenfront, der Verbesserung der Zündleistung und damit einem Entgegenwirken des Motorklopfens dient, um auf diese Weise den Motor mit einem magereren Luft-Kraftstoff­ gemisch betreiben zu können, als es ansonsten möglich ist. Eine solche Konstruktion weist in kennzeichnender Weise eine die allgemein gerade Ansaugbohrung von der allgemein gedrall­ ten Ansaugbohrung trennende Wand auf. Die JP-Patent-OS Nr. 58 - 48 715 (1983) offenbart eine Zwillingsansaugbohrungs­ konstruktion für einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf, wobei ein Umgehungs-Luftkanal die Trennwand durchsetzt und eine in der geraden Ansaugbohrung stromab von der in dieser befindlichen Drosselklappe liegende Stelle mit einer Drall- oder Wirbelstirnwand der allgemein gedrallten Ansaugbohrung verbindet.

Wenn bei einer derartigen Ansaugbohrungskonstruktion eines Zylinderkopfes die Drosselklappe von ihrer Steuerung in die Schließstellung gebracht wird, dann wird das gesamte, vom Brennraum des Motors her angesaugte Luft-Kraftstoffgemisch durch die gedrallte Ansaugbohrung geführt, so daß dem Gemisch eine starke Wirbelbewegung vermittelt wird. Diese Betriebs­ weise ist dann geeignet und zweckmäßig, wenn der Motor mit niedriger Last betrieben wird, z. B. im Leerlaufzustand. Hier­ bei kann wegen der Wirbelbewegung die Grenze, bis zu der das dem Motor zugeführte Gemisch abgemagert werden kann, erwei­ tert oder hinausgeschoben werden, ohne nachteilige Wirkungen hervorzurufen. Jedoch ist in dieser Zeit der der Gemisch­ strömung von der gedrallten Ansaugbohrung allein entgegenge­ setzte Widerstand hoch. Wird dagegen die Drosselklappe durch ihre Steuerung in die Offenstellung gebracht, dann wird der größte Teil des vom Brennraum her angesaugten Luft-Kraftstoff­ gemischs durch die allgemein gerade Ansaugbohrung geführt, und nur ein geringer Anteil wird durch die gedrallte Ansaug­ bohrung gesaugt, so daß demzufolge dem insgesamt angesaugten Gemisch eine nur relativ schwache Verwirbelung vermittelt wird. Das bewirkt einen hohen Füllungsgrad des Motors, so daß eine hohe Motorleistung entwickelt wird. Diese Betriebs­ weise ist folglich zweckmäßig, wenn der Motor bei hoher Last, z. B. Vollast, betrieben wird. Hierbei ist der der Gemisch­ strömung durch die gerade Ansaugbohrung zusammen mit der gedrallten Ansaugbohrung entgegengesetzte Widerstand relativ niedrig.

Bei einer derartigen Ansaugbohrungskonstruktion für einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf tritt jedoch ein Problem insofern auf, als dann, wenn die Drosselklappe in ihrer Schließstellung ist und das gesamte Luft-Kraftstoffgemisch in den Brennraum eines Zylinders durch die allgemein gedrall­ te Ansaugbohrung angesaugt wird, wobei dem Gemisch folglich eine starke Wirbelbewegung vermittelt wird, obwohl dadurch die scheinbare Flammenausbreitungsgeschwindigkeit verbes­ sert und die Magergemischgrenze erweitert wird, auf Grund des Wirbelns des Luft-Kraftstoffgemischs im Brennraum der im Gemisch befindliche Kraftstoff hauptsächlich durch die Zentrifugalkraft an den Umfang des Brennraumes geschleudert wird. Damit wird in der radialen Richtung des Brennraumes ein Gradient im Luft/Kraftstoffverhältnis erzeugt, wobei das Luft-Kraftstoffgemisch im Zentrum des Brennraumes mage­ rer wird als an dessen Randbereich. Wenn das Luft/Kraftstoff­ verhältnis des gesamten, dem Brennraum zugeführten Luft- Kraftstoffgemischs nahe der Grenze in Richtung der Abmage­ rung liegt, dann kann demzufolge das Luft/Kraftstoffverhält­ nis im Zentrumsbereich des Brennraumes für eine gute Zündung zu niedrig werden. Da es nun bei Brennkraftmaschinen mit drei oder vier Ventilen pro Zylinder zweckmäßig und üblich ist, die Zündkerze in dem oder nahe dem Zentrum des Brennrau­ mes anzuordnen, so bedeutet das, daß das Luft/Kraftstoff­ verhältnis des Gemischs nahe dem und rund um das Zündungs­ teil der Zündkerze zu niedrig für eine richtige und ange­ messene Zündung werden kann. Aus diesem Grund ist es bei dem Stand der Technik nicht brauchbar und praktikabel, die Abmagerung des angesaugten Luft-Kraftstoffgemischs an die Grenze zu treiben, wenngleich durch eine derartige Zwillings­ ansaugbohrungskonstruktion, wie sie oben beschrieben wurde, eine gute Verwirbelung im Brennraum erreicht wird.

Als weiteres - wenn auch nebengeordnetes - Erfordernis gilt für solche Zwillingsansaugbohrungskonstruktionen bei Brenn­ kraftmaschinen-Zylinderköpfen, daß es von Bedeutung ist, und zwar vor allem bei Übergangs- oder Anlauffahrzuständen, eine Ansprechempfindlichkeit in bezug auf die Kraftstoff­ einspeisung zu haben, die so gut wie möglich ist.

Im Hinblick auf den Stand der Technik und die obigen Darle­ gungen ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Zwillingsan­ saugbohrungskonstruktion mit veränderlicher Wirbelbewegung für einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und die oben im einzelnen dargelegten Probleme behebt.

Die Ziele, die durch die Erfindung erreicht werden sollen, liegen in einer derartigen Zwillingsansaugbohrungskonstruk­ tion mit veränderlicher Verwirbelung, die es ermöglicht, die Motorausgangsleistung zu steigern, den mechanischen Ok­ tanwert der Maschine anzuheben, gute Zündungskennwerte bzw. -eigenschaften zu erlangen, den Motor mit einem sehr mageren Gemisch betreiben und eine Verminderung der Flammenausbrei­ tungsgeschwindigkeit in den Brennräumen des Motors erreichen zu können. Ferner zielt die Erfindung auf eine derartige Ansaugbohrungskonstruktion, die in bezug auf den Füllungs­ grad des Motors wie auch in bezug auf die Ansprechempfindlich­ keit bei Übergangs- oder Anlaufzuständen gute Kenndaten bie­ tet, die eine gute Mikroturbulenz in den Motorbrennräumen erreichen läßt, die für eine Zufuhr eines Luft-Kraftstoff­ gemischs von relativ gleichförmigem Luft/Kraftstoffverhält­ nis in die Motorbrennräume sorgt, die eine gute Brennbarkeit des den Brennräumen zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs ge­ währleistet und die eine geschichtete Verbrennung in den Brennräumen des Motors bewirkt.

Gemäß dem allgemeinsten Gesichtspunkt der Erfindung werden die Aufgabe und die Ziele gelöst bzw. erreicht durch einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit einer eine veränder­ liche Gemischwirbelbewegung erzeugenden Ansaugbohrungskon­ struktion, mit einem Brennraum, in dem eine Zündkerze ange­ ordnet ist, mit einer ersten, allgemein geraden, zu einer ersten Eintrittsöffnung zum Brennraum führenden Ansaugboh­ rung, mit einer zweiten, allgemein gedrallten, zu einer zwei­ ten Eintrittsöffnung zum Brennraum führenden Ansaugbohrung, die an ihrem Ende mit einem Wirbelteil versehen ist, und mit einer in einem stromaufwärtigen Teil der ersten, geraden Ansaugbohrung angeordneten, deren Strömungswiderstand regeln­ den Drosselklappe, der gekennzeichnet ist durch einen im wesentlichen geraden Hilfskanal, der eine Einlaßöffnung an einer stromauf der Drosselklappe gelegenen Stelle hat sowie unter Umgehung der Drosselklappe an einer der Eintrittsöff­ nung der ersten Ansaugbohrung in den Brennraum nahegelegenen Stelle austritt und der bei geöffneter Eintrittsöffnung durch diese hindurch allgemein auf die Zündspitze der Zündkerze gerichtet ist.

Nach Wahl - jedoch in typischer Weise - kann der Strömungs­ widerstand des im wesentlichen geraden Hilfskanals erheblich größer sein als sowohl der Strömungswiderstand der ersten allgemein geraden Ansaugbohrung und der ersten Eintritts­ öffnung wie auch erheblich größer als der Strömungswiderstand der zweiten, allgemein gedrallten Ansaugbohrung und der zwei­ ten Eintrittsöffnung.

Wenn, wie es üblich ist, die Zündkerze im wesentlichen im Zentrumsbereich des Brennraumes angeordnet ist, dann kann der allgemein gerade Hilfskanal bei geöffneter Eintrittsöff­ nung durch diese hindurch allgemein in radialer Richtung des Brennraumes gerichtet sein.

Wenn bei der oben angegebenen Zwillingsbohrungskonstruktion die in die erste, allgemein gerade Ansaugbohrung eingebaute Drosselklappe geschlossen ist, dann spritzt das durch den im wesentlichen geraden Hilfskanal fließende Luft-Kraftstoff­ gemisch in den Brennraum, kreuzt die im Brennraum durch die zweite, allgemein gedrallte Ansaugbohrung und die zweite Eintrittsöffnung erzeugte Wirbelströmung und trifft auf die Zündungsstelle der Zündkerze, wobei in diesem geraden Strahl noch ein Anteil aus der Wirbelströmung mitgezogen wird.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Luft/Kraftstoff­ verhältnis des Gemischs in der Nachbarschaft der Zündkerze durch Zentrifugalwirkungen od. dgl. nicht abgemagert wird. Selbst wenn das mittlere Luft/Kraftstoffverhältnis für den Motor relativ sehr mager eingestellt wird, so wird demzufol­ ge nicht die Gefahr von Zündaussetzern hervorgerufen, weil das Luft/Kraftstoffverhältnis rund um die Zündspitze der Zündkerze als ausreichend sichergestellt wird. Damit wird die Grenze für eine Abmagerung des Luft/Kraftstoffverhältnis­ ses des Motors ganz bedeutend ausgedehnt.

Durch die oben beschriebene Kollision der Geradströmung aus der allgemein geraden Ansaugbohrung und der Wirbelströmung aus der allgemein gedrallten Ansaugbohrung wird im Luft- Kraftstoffgemisch im Brennraum eine erhebliche Mikroturbu­ lenz erzeugt, was eine gute Verbrennung weiter fördert und auch die Abmagerungsgrenze für das Luft/Kraftstoffverhältnis weiter hinausschiebt.

Andererseits spritzt, wenn die in der geraden Ansaugbohrung befindliche Drosselklappe offen ist, der durch den geraden Hilfskanal fließende Gemischstrom in den Brennraum ebenfalls ein und wird hier der dem Brennraum aus den beiden Ansaug­ bohrungen zugeführten Gemischmenge hinzugefügt, womit der Füllungsgrad des Motors erhöht und die Ausgangsleistung des Motors gesteigert wird. Da auch diese Gemischströme im Brenn­ raum zusammenstoßen, wird wiederum eine gute Mikroturbulenz hervorgerufen, was eine sehr schnelle Verbrennung erreichen läßt. Auf diese Weise wird, selbst wenn die Zündkerze im Zentrumsbereich des Brennraumes angeordnet ist, wie es für solche Konstruktionen mit drei oder vier Ventilen pro Zylin­ der typisch ist, kein Problem in bezug auf die Zündung des Gemischs aufgeworfen, es wird vielmehr eine kompakte Ver­ brennung ermöglicht, die den mechanischen Oktanwert des Mo­ tors erhöht wie auch die Grenze für eine Abmagerung des Luft/ Kraftstoffverhältnisses erweitert.

Gemäß einem besonderen Gesichtspunkt der Erfindung werden die oben genannten Ziele durch eine Konstruktion eines Zylin­ derkopfes mit Zwillingsansaugbohrungen erreicht, wobei der Hilfskanal bei geöffneter erster Eintrittsöffnung durch diese hindurch in den Brennraum in einer Richtung gerichtet ist, die dazu geeignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein gedrallte Ansaugbohrung und die zweite Eintrittsöffnung hervorgerufene hohe Turbulenz zu tilgen. Ferner kann der Hilfskanal bei geöffneter erster Eintrittsöffnung durch diese hindurch in den Brennraum in einer derart seitlich zur Zündspitze der Zündkerze verlaufenden Richtunge gerich­ tet sein, die dazu geeignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein gedrallte Ansaugbohrung und die zweite Ein­ trittsöffnung hervorgerufene Turbulenz hohen Ausmaßes zu tilgen.

Durch eine solche Konstruktion werden die nachteiligen zen­ trifugalen Wirkungen im Brennraum weiter vermindert oder abgestellt und eine gute Mikroturbulenz in Brennraum noch weiter gefördert.

Gemäß einem weiteren, speziellen Gesichtspunkt der Erfindung werden die oben genannten Ziele der Erfindung durch eine solche Konstruktion eines Zylinderkopfes mit Zwillingsansaug­ bohrungen erreicht, wobei die Einlaßöffnung des Hilfskanals in der allgemein geraden Ansaugbohrung an einer im wesentli­ chen unmittelbar stromauf der Drosselklappelbefindlichen Stelle liegt. Wahlweise kann die Ansaugbohrungskonstruktion eine Trennwand aufweisen, die die erste, allgemein gerade Ansaugbohrung von der zweiten, allgemein gedrallten Ansaug­ bohrung trennt, wobei dann die Einlaßöffnung des Hilfskanals in der allgemein geraden Ansaugbohrung bevorzugterweise an einer im wesentlichen stromab der Anströmkante der Trennwand befindlichen Stelle liegt.

Bei einer solchen Konstruktion verbessert die zusätzliche Zufuhr von Luft-Kraftstoffgemisch durch den Hilfskanal, wenn die Drosselklappe geschlossen ist, das Ansprechvermögen in bezug auf die Kraftstoffzufuhr während Übergangs- oder An­ laufzuständen im Betrieb des Motors. Da die Einlaßöffnung des Hilfskanals im wesentlichen unmittelbar stromauf von der Drosselklappe liegt, wenn diese in ihrer Schließstellung ist, tropft der gesamte flüssige Kraftstoff, der sich an den Seiten der Einlaßkammer und der ersten, allgemein gera­ den Ansaugbohrung als Kondensat abgesetzt hat, nach unten, so daß dieser in die Einlaßöffnung des Hilfskanals mit rela­ tiv hoher Geschwindigkeit getrieben wird, was das Ansprech­ vermögen in bezug auf die Kraftstoffzufuhr zum Motor in Über­ gangsbetriebszuständen weiter steigert. Weil die die beiden Ansaugbohrungen trennende Wand sich über die Einlaßöffnung des Hilfskanals weiter erstreckt, wird der Anteil an dem Mo­ tor zugeführtem Kraftstoff, der durch den Hilfskanal fließt, vergrößert, so daß ein fettes, für eine Verbrennung sehr zweckmäßiges Gemisch bevorzugterweise im Zentrumsbereich des Brennraumes erzeugt wird. Damit wird wirksam für eine geschichtete Verbrennung gesorgt.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen anhand bevorzugter Ausführungsformen und ohne Be­ schränkung auf diese erläutert, wobei räumliche Angaben als auf die jeweilige Figur bezogen zu verstehen sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen Zylinderblock mit einem in einer Zylinderbohrung befindlichen Kol­ ben und mit einem Zylinderkopf, der gemäß der ersten Ausführungsform nach der Erfindung ausgebildet ist, wobei der Schnitt in der etwas abgewinkelten Ebene nach der Linie I-I in der Fig. 2 verläuft;

Fig. 2 den Schnitt in der abgewinkelten Ebene nach der Li­ nie II-II in der Fig. 1 mit Blickrichtung von unten aufwärts auf den Zylinderkopf;

Fig. 3 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung in der abgewin­ kelten Schnittebene nach der Linie III-III in der Fig. 4;

Fig. 4 eine zu Fig. 2 gleichartige Darstellung in der abge­ winkelten Schnittebene nach der Linie IV-IV in der Fig. 3;

Fig. 5 eine zu Fig. 1 bzw. 3 gleichartige Darstellung einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung in einer abgewinkelten Schnittebene der Fig. 6;

Fig. 6 eine zu Fig. 2 bzw. 4 gleichartige Darstellung in der abgewinkelten Schnittebene nach der Linie VI-VI in der Fig. 5.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungs­ form ist auf den Zylinderblock 1 der Maschine ein Zylinder­ kopf 2 mit einer Zylinderkopf-Ansaugbohrungskonstruktion gemäß der Erfindung aufgesetzt. Im Zylinderblock 1 sind meh­ rere Zylinderbohrungen 3 ausgebildet, von denen in Fig. 1 nur eine zu sehen ist, da die Schnittebene die Längsachse dieser einen Zylinderbohrung einschließt und rechtwinklig zu einer die Längsachsen aller Zylinderbohrungen einschlie­ ßenden Ebene verläuft. In der Zylinderbohrung 3 bewegt sich ein Kolben 4 auf und ab, und zwischen dem Kolben 4, dem Zy­ linderkopf 2 und dem oberen Abschnitt der Zylinderbohrung 3 ist ein Brennraum 5 abgegrenzt. Der Zylinderkopf 2 ist am Zylinderblock 1 in üblicher Weise mit Hilfe von Zylinder­ kopfschrauben, die zwischen jeweils zwei benachbarten Zylin­ dern und an den Enden der Reihe der Zylinder angeordnet sind, befestigt.

Im Zylinderkopf 2 eines jeden Zylinders sind zwei Ansaug- oder Zulaufbohrungen 6 und 7 sowie zwei Auslaß- oder Auspuff­ bohrungen 8 a und 8 b ausgebildet, die alle vier über jeweili­ ge Ventilsitze in den Brennraum 5 münden, wobei sich die Ventilsitze, wie Fig. 2 zeigt, im großen und ganzen an den Ecken eines Quadrats befinden. Die Ansaugbohrungen 6 und 7 eines jeden Zylinders sind auf der einen Seite des Zylin­ derkopfes 2 aller hintereinander angeordneten Zylinder - in Fig. 1 also links der die Zylinderbohrungsachsen einschlie­ ßenden, zur Zeichnungsebene rechtwinkligen Ebene - ausgebil­ det, während die Auspuffbohrungen 8 a, 8 b alle auf der den Ansaugbohrungen gegenüberliegenden Seite - in Fig. 1 also rechts der oben definierten Ebene - ausgebildet sind. Einlaß- Tellerventile 9 und 10 bekannter Bauart sind in in den Zylin­ derkopf 2 eingesetzten Ventilführungen aufgenommen und ar­ beiten mit den die Stirnkanten einer jeden Ansaugbohrung 6, 7 am Eintritt in den Brennraum 5 umschließenden Ventilsit­ zen (Eintrittsöffnungen zum Brennraum 5) zusammen, um die Ansaugbohrungen 6, 7 gegenüber dem Brennraum 5 gesteuert zu öffnen und zu schließen. Zwei weitere Tellerventile 11 a und 11 b, die ebenfalls in Führungen im Zylinderkopf 2 aufge­ nommen sind, sind dazu vorgesehen, mit Ventilsitzen an den brennraumseitigen Stirnkanten der Auspuffbohrungen 8 a, 8 b zusammenzuarbeiten, um diese Auspuffbohrungen gegenüber dem Brennraum 5 in gesteuerter Weise zu öffnen und zu schließen. Durch Betätigung der Einlaß-Tellerventile 9, 10 sowie der Auslaß-Tellerventile 11 a, 11 b mittels einer an sich bekann­ ten Ventilsteuerung arbeitet die Brennkraftmaschine nach einem Otto-Zyklus, um eine Drehkraft, wie es üblich ist, zu erzeugen. Im wesentlichen in der Mite des die Decke des Brennraumes 5 bildenden Teils des Zylinderkopfes 2 ist eine Gewindebohrung 12 zur Aufnahme einer Zündkerze 13 ausge­ bildet.

Im Zylinderkopf 2 ist eine nach links in den Figuren offene Einlaßkammer 32 ausgebildet, die sich in die beiden Ansaug­ bohrungen 6 und 7 verzweigt, von denen die Bohrung 6 im all­ gemeinen gerade verläuft, während die Bohrung 7 schraubenför­ mig oder mit einem Drall verläuft. Ein Strom eines Luft- Kraftstoffgemischs wird in den Brennraum 5 der Maschine - von einem nicht gezeigten Vergaser kommend - gesaugt. Der Vergaser ist an einem am Zylinderkopf 2 angebrachten Ansaugkrümmer 18 gehalten, der einen an die Einlaßkammer 32 stoßenden Ansaugkanal 20 aufweist. Dieser Strom des Luft- Krafstoffgemischs tritt zuerst in die stromauf der Ansaug­ bohrungen 6, 7 befindliche Einlaßkammer 32 des Zylinderkop­ fes 2 ein und wird dann durch Auftreffen auf die stromaufwär­ tige Kante einer die beiden Ansaugbohrungen 6, 7 voneinander trennenden Wand 30 geteilt, so daß ein Teilstrom des Luft- Kraftstoffgemischs in das stromaufwärtige Ende der allgemein geraden Ansaugbohrung 6 und der andere Teilstrom in das stromaufwärtige Ende der im großen und ganzen gedrallten Ansaugbohrung 7 eintritt. Die gerade Ansaugbohrung 6 geht durch den vom Einlaß-Tellerventil 9 geregelten Ventilsitz, die gedrallte Ansaugbohrung 7 geht durch die vom anderen Einlaß-Tellerventil 10 geregelten Ventilsitz in den Brennraum 5 ein. Das durch die gedrallte Ansaugbohrung 7 strömende Luft-Kraftstoffgemisch trifft bei geöffnetem Tellerventil 10 dann auf ein Drall- oder Wirbelteil 31, das um den Schaft dieses Einlaßventils 10 herum in der gedrallten Ansaugboh­ rung 7 ausgebildet ist, so daß diesem Gemisch-Teilstrom eine beträchtliche Wirbelbewegung vermittelt wird.

Im stromaufwärtigen oder einlaßseitigen Endabschnitt der geraden Ansaugbohrung 6 ist an der Stelle, an der diese Bohrung 6 von der Einlaßkammer 32 abgeht, eine Luft-Kraft­ stoffgemisch-Ansaugdrosselklappe 14 angeordnet, die auf einer (nicht gezeigten) Welle befestigt ist und durch diese Welle von einer üblichen Stellvorrichtung in ausgewählter Weise verstellt wird. Die Drosselklappe 14 kann in eine ge­ schlossene, in Fig. 2 gezeigte Stellung gebracht werden, in der sie das stromaufwärtige Ende der geraden Ansaugboh­ rung 6 im wesentlichen verschließt, ohne die gedrallte Ansaug­ bohrung 7 in irgendeiner Weise zu beeinflussen, und sie kann in eine zur Schließstellung um nahezu 90,5° versetzte Offen­ stellung gebracht werden, in der das stromaufwärtige Ende der Ansaugbohrung 6 geöffnet ist. Die Ansaugdrosselklappe 14 kann durch ihre Stellvorrichtung beispielsweise so gesteu­ ert werden, daß sie die gerade Ansaugbohrung 6 im wesentli­ chen verschließt, wenn und nur wenn die Motorlast unter einem vorbestimmten Wert ist.

Gemäß der Erfindung erstreckt sich von einer Einlaßöffnung 16 in der Einlaßkammer 32 stromauf von der Drosselklappe 14 ein im wesentlichen gerader Hilfs- oder Nebenkanal 15 zu einer nahe dem Sitz des Ventils 9 befindlichen Auslaßöff­ nung 17. Dieser Hilfskanal 15 verläuft parallel zur geraden Ansaugbohrung 6 und unterhalb dieser, wobei er eine geringe Abwärtsneigung - bezogen auf die in Fig. 1 gezeigte Ausrich­ tung des Motors, die die typische Ausrichtung ist - aufweist. Somit umgeht dieser im wesentlichen gerade Hilfskanal 15 die Ansaugdrosselklappe 14 und führt eine bestimmte Menge des vom Vergaser kommenden Luft-Kraftstoffgemischs direkt an eine stromauf vom Einlaß-Tellerventil 9 gelegene Stelle.

Insbesondere ist erfindungsgemäß der gerade Hilfskanal 15, wenn das Tellerventil 9 offen ist, im aIlgemeinen auf das Zündungsteil der Zündkerze 13 gerichtet. Vor allem ist gemäß einem besonderen Merkmal der ersten Ausführungsform nach der Erfindung dieser gerade Hilfskanal 15 tatsächlich ge­ ringfügig - bei Betrachtung von Fig. 2 - zum oberen Teil des Zündungsteils der Zündkerze 13 hin gerichtet, d. h., worauf noch eingegangen werden wird, geringfügig zu der Seite der Kerze, die der von der gedrallten Ansaugbohrung 7 hervor­ gerufenen Wirbelrichtung entgegensteht. Ferner tritt die stromaufwärtige Öffnung 16 des Hilfskanals 15 gemäß einem besonderen Merkmal der ersten Ausführungsform der Zylinder­ kopf-Ansaugbohrungskonstruktion nicht am Boden der Einlaß­ kammer 32 aus, sondern an einer außenliegenden Stirnfläche des Zylinderkopfes 2, wie Fig. 1 klar erkennen läßt. An der an den Zylinderkopf 2 anstoßenden Fläche des Ansaugkrümmers 18 ist an einer der Öffnung 16 des Hilfskanals 15 entspre­ chenden Stelle im Boden des Ansaugkanals 20 des Ansaugkrüm­ mers 18 eine Tasche oder Vertiefung 19 ausgebildet. Die Querschnittsfläche des geraden Hilfskanals 15 ist beträcht­ lich kleiner als die Querschnittsflächen der geraden Ansaug­ bohrung 6 sowie der gedrallten Ansaugbohrung 7, wobei sie bei einer typischen konstruktiven Ausgestaltung etwa ein Fünftel der Querschnittsflächen der Ansaugbohrungen beträgt.

Die erste Ausführungsform einer Ansaugbohrungskonstruktion gemäß der Erfindung arbeitet in der im folgenden erläuterten Weise.

Wenn die Drosselklappe 14 in ihrer Schließstellung ist, was, wie erwähnt wurde, in kennzeichnender Weise der Fall ist, wenn die Motorlast niedriger als ein vorgegebener Wert ist, dann wird die Strömung des Luft-Kraftstoffgemischs durch die gerade Ansaugbohrung 6 unterbrochen, so daß der größte Teil des vom Motor vom Vergaser her durch den Ansaug­ krümmer 18 angesaugten Gemischs in das stromaufwärtige Ende der gedrallten Ansaugbohrung 7 eintritt und durch den vom Einlaß-Tellerventil 10 geregelten Ventilsitz in den Brenn­ raum 5 mit einer erheblichen, durch den rund um den Schaft dieses Ventils 10 ausgebildeten Drallteil 31 vermittelten Wirbelbewegung gelangt. Diese Wirbelbewegung verläuft (in Fig. 2) entgegen dem Uhrzeigersinn um die mittige Achse der Zylinderbohrung 3, wie der Pfeil A in Fig. 2 angibt. Jedoch wird auch eine bestimmte, relativ kleine Menge an Luft­ Kraftstoffgemisch aus dem Ansaugkanal 20 des Ansaugkrümmers 18 durch die Tasche 19 sowie durch den geraden, leicht ab­ wärts gerichteten Hilfskanal 15 gesaugt und aus der Auslaß­ öffnung 17 des Hilfskanals 15 im wesentlichen gerade auf das Zündungsteil der Zündkerze 13 in einem direkten Strahl gespritzt, wie der Pfeil B in Fig. 2 zeigt, wobei dieser Strahl im wesentlichen radial die Gegenuhrzeiger-Wirbelströ­ mung A des Hauptanteils des angesaugten Luft-Kraftstoffge­ mischs durchschneidet. Deshalb wird das ursprünglich zentri­ fugal zerstreute Luft-Kraftstoffgemisch in der Gegenuhrzeiger- Wirbelströmung A in die gerade Strömung B hineingezogen und mit dieser Strömung B zur Zündspitze der Zündkerze 13 gesaugt, womit sichergestellt ist, daß das Luft-Kraftstoffgemisch im Zentrumsbereich des Brennraumes 5 nicht sonderlich mage­ rer ist als das Gemisch im Randbereich des Brennraumes, was gegensätzlich ist zum Stand der Technik, worauf bereits hingewiesen wurde.

Selbst wenn das gesamte, vom Vergaser zugeführte Luft/Kraft­ stoffverhältnis auf relativ mager eingestellt ist, so ist deshalb nun eine gewisse Fülle an Kraftstoff nahe der Zünd­ stelle der Kerze 13 vorhanden, so daß demzufolge eine gute Zündleistung verfügbar ist und keine Neigung zum Auftreten eines Zündaussetzers vorliegt. Da ferner der Zusammenprall der Gegenuhrzeiger-Wirbelströmung A mit der geraden Strömung B eine Mikroturbulenz im gemischten Strom hervorruft, werden die Zündkennwerte der resultierenden Gemischströmung weiter verbessert, so daß die Grenze zur Abmagerung des Luft-Kraft­ stoffgemischs weiter hinausgeschoben wird.

Weil darüber hinaus die gerade Strömung B mit der Gegenuhr­ zeiger-Wirbelströmung A nahe deren Endpunkt zusammentrifft, dämpft die gerade Strömung B nicht wesentlich die Wirbelströ­ mung A. Da des weiteren gemäß einem besonderen Merkmal der ersten Ausführungsform nach der Erfindung die gerade Strö­ mung B aus dem Hilfskanal 15 tatsächlich geringfügig zu der Seite des Zündungsteils der Zündkerze 13 hin, die der Richtung der Wirbelströmung A im Brennraum 5 entgegengerichtet ist (obere Seite der Zündkerze in Fig. 2), ausgespritzt wird, wird die Mikroturbulenz oder ein Wirbeln in hohem Maß des Gemischs im Brennraum 5 im Kollisionsbereich zwischen der geraden Strömung B und der Wirbelströmung A teilweise ge­ tilgt, so daß dadurch wiederum die Zündleistung verbessert wird, Zündaussetzern des Motors entgegengewirkt wird, die Zündkennwerte verbessert werden und letztlich noch die Grenze für ein Abmagern des Luft-Kraftstoffgemischs hinausgescho­ ben wird.

Andererseits wird, wenn die Drosselklappe 14 in ihrer Offen­ stellung ist, was in typischer Weise dann der Fall ist, wenn die Motorlast über dem oben erwähnten vorbestimmten Wert ist, der größte Teil des durch den Ansaugkrümmer 18 vom Vergaser her durch den Motor angesaugten Luft-Kraftstoffge­ mischs in den Brennraum 5 durch die gerade Ansaugbohrung 6 eintreten, während nur eine kleine Menge durch die gedrall­ te Ansaugbohrung 7 strömt. Demzufolge wird dem angesaugten Gemisch bei seinem Eintritt in den Brennraum 5 durch das um den Schaft des Einlaßventils 10 herum ausgebildete Drall­ teil 31 insgesamt nur eine relativ schwache Wirbelbewegung vermittelt. Somit wird für den Motor ein guter Füllungsgrad erhalten. Da eine bestimmte, relativ geringe Menge an Luft- Kraftstoffgemisch in diesem Betriebszustand auch durch den geraden Hilfskanal 15 in den Zentrumsbereich des Brennrau­ mes 5 gesaugt wird, wird der Füllungsgrad des Motors noch weiter erhöht.

Die im Boden des Ansaugkrümmers 18 an der Mündung des gera­ den Hilfskanals 15 in den Ansaugkanal 20 ausgebildete Tasche 19 stellt ein wichtiges Merkmal dieser ersten Ausführungs­ form gemäß der Erfindung dar. Flüssiger Kraftstoff, der sich an den Wänden des Ansaugkrümmers 18, die den Ansaug­ kanal 20 umschließen, angesammelt hat, kann nämlich in diese Tasche 19 rieseln und dann in die Einlaßöffnung 16 des Hilfs­ kanals 15 eintreten, aus dem er dann im wesentlichen unmit­ telbar oberhalb des Einlaßventils 9 austritt und somit prak­ tisch direkt in den Brennraum 5 gelangt, womit die Schnellig­ keit im Kraftstoffzufuhrverhalten verbessert wird.

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei zu Fig. 1 und 2 gleiche Teile mit den­ selben Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß die Einlaßöffnung 16 des geraden Hilfskanals 15 im Boden der Einlaßkammer 32 (und nicht wie bei der ersten Ausführungsform an der äußeren Stirnfläche des Zylinderkopfes 2) ausgebildet ist. Auch ist hier der Ansaugkrümmer 18 mit einer Einspritzdüse 21 ausge­ stattet, die bei ihrer Betätigung flüssigen Kraftstoff in den Ansaugkanal 20 spritzt. Abgesehen von diesen konstruktiven Einzelheiten gleicht die zweite Ausführungsform im wesent­ lichen der ersten, wobei die Betriebsweise praktisch die gleiche ist. Der durch den geraden Hilfskanal 15 fließende gerade Strom B des Luft-Kraftstoffgemischs tritt an der Aus­ laßöffnung 17 des Hilfskanals 15 als Strahl aus und wird im wesentlichen auf das Zündungsteil am Kopf der Zündkerze 13 gerichtet. Auf diese Weise wird wieder, selbst wenn die Drosselklappe 14 in ihrer Schließstellung und damit ein Strö­ men von Luft-Kraftstoffgemisch durch die gerade Ansaugboh­ rung 6 unterbrochen ist, eine gewisse, relativ geringe Menge an Gemisch noch aus dem Ansaugkanal 20 des Ansaugkrummers 18 durch den geraden Hilfskanal 15 gesaugt und tritt als gerader Strahl aus, so daß er auf die Zündkerze 13 in gera­ der Richtung B, wie Fig. 4 zeigt, gelangt. Dadurch wird - wie bei der vorherigen Ausführungsform - das anfangs zentri­ fugal verteilte Luft-Kraftstoffgemisch in der durch die gedrallte Ansaugbohrung 7 hervorgerufenen Gegenuhrzeiger- Wirbelströmung A von der geraden Strömung B mitgezogen und zur Zündstelle der Kerze 13 gesaugt, womit gewährleistet wird, daß eine völlig ausreichende Kraftstoffmenge in der Nähe der Zündspitze der Zündkerze 13 zur Verfügung steht. Demzufolge wird eine gute Zündleistung erhalten, werden Zünd­ aussetzer des Motors verhindert und die Zündungskennwerte sowie -eigenschaften verbessert, wie auch die Grenze für ein Abmagern des Luft-Kraftstoffgmischs erweitert wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zylinderkopf-Ansaugbohrungskonstruk­ tion, wobei zu den vorherigen Figuren gleiche Bauteile mit denselben Bezugszahlen versehen sind. Diese dritte Ausfüh­ rungsform unterscheidet sich gegenüber der ersten sowie zwei­ ten Ausführungsform dadurch, daß die Einlaßöffnung 16 des geraden Hilfskanals 15 im Boden der Einlaßkammer 32 unmit­ telbar stromauf der Drosselklappe 14, wenn diese sich in ihrer Schließstellung befindet, angeordnet ist, während die­ se Einlaßöffnung bei den beiden anderen Ausführungsformen (Fig. 1-4) mit einem erheblichen Abstand stromauf der Drosselklappe 14 liegt. Vor allem befindet sich der größere Teil dieser Einlaßöffnung 16 des geraden Hilfskanals 15 im Boden der Einlaßkammer 32 stromab von der Anströmkante des stromaufwärtigen Teils 30′ der Trennwand 30 zwischen den beiden Ansaugbohrungen 6 und 7.

Dadurch werden die folgenden positiven Wirkungen erreicht. Weil sich die Trennwand 30 zwischen der geraden Ansaugboh­ rung 6 und der gedrallten Ansaugbohrung 7 so weit stromauf­ wärts erstreckt, daß sie die Einlaßöffnung 16 des geraden Hilfskanals 15 nahezu gänzlich von der gedrallten Ansaug­ bohrung 7 trennt, wird im Vergleich zur ersten sowie zweiten Ausführungsform der Anteil des aus dem Ansaugkanal 20 in die Einlaßöffnung 16 eintretenden Luft-Kraftstoffgemischs noch mehr erhöht, weshalb folglich das Luft/Kraftstoffver­ hältnis des Gemischs im Zentrumsbereich des Brennraumes 5 rund um die Zündspitze der Zündkerze 13 weiter herabgesetzt wird, d. h., daß das Gemisch fetter wird, so daß eine geschich­ tete Verbrennung erlangt wird, die sehr erwünscht ist. Wenn­ gleich sich die Zündkerze 13 im Zentrumsbereich des Brennrau­ mes 5 befindet, so erhebt sich auch nicht ein Problem in bezug auf die Zündung des Luft-Kraftstoffgemischs, womit eine sog. kompakte Verbrennung ermöglicht wird, als Ergeb­ nis welcher die Magergemischgrenze weiter zurückgedrückt wird, womit der mechanische Oktanwert des Motors weiter ge­ steigert wird.

Eine weitere positive Wirkung dieser dritten Ausführungs­ form liegt darin, daß bei allen Betriebszuständen ein Teil des aus dem Ansaugkrümmer 18 in die Einlaßkammer 32 geführ­ ten Gemischs in die gerade Ansaugbohrung 6 geleitet wird, und, wenn die Drosselklappe 14 in ihrer in Fig. 6 gezeigten Schließstellung ist, dann kondensiert etwas von dem Kraft­ stoff im Luft-Kraftstoffgemisch in flüssiger Form an der Drosselklappe 14 sowie an den die gerade Ansaugbohrung 6 begrenzenden Flächen unmittelbar oberhalb der Drosselklappe 14 aus. Dieser auskondensierte, flüssige Kraftstoff rieselt mit Sicherheit abwärts, gelangt in die Einlaßöffnung 16 des geraden Hilfskanals 15 und fließt in diesem abwärts zur Aus­ laßöffnung 17, wo er sich nahe dem Einlaßventil 9 ablagert, um in den Brennraum 5 einzutreten. Auf diese Weise wird einer Verschlechterung im Kraftstoffzufuhrverhalten während Anlauf- oder Übergangsbetriebszuständen des Motors entgegen­ gewirkt und dem Brennraum 5 aus der Ansaugbohrung 6 ein rela­ tiv fettes Gemisch zugeführt, womit ein konstantes, fettes Gemisch, das gut für Zündungszwecke ist, im Zündungsbereich der Kerze 13 gebildet wird, und damit wird die Magergemisch­ grenze der Verbrennbarkeit noch mehr erweitert. Da darüber hinaus die Trennwand 30 zwischen den beiden Ansaugbohrungen 6 und 7 mit dem stromaufwärtigen Teil 30′ versehen ist, wird, wenn die Drosselklappe 14 in ihrer Schließstellung ist, die Zufuhr an Luft-Kraftstoffgemisch zur geraden Ansaugboh­ rung 6 erhöht, womit auch die Menge des Gemischs, die durch den geraden Hilfskanal 15 fließt, erhöht wird, und auf diese Weise wird ein noch stabileres fettes Gemisch in der Nähe der Zündkerze 13 im Zentrumsbereich des Brennraumes 5 ge­ schaffen.

Was den tatsächlichen Ort der Einlaßöffnung 16 des Hilfs­ kanals 15 angeht, so liegt diese dritte Ausführungsform zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform insofern, als diese Einlaßöffnung zum größten Teil im Boden der Einlaß­ kammer 32 ausgebildet ist, jedoch auch mit einem kleinen Teil in die seitliche Stirnfläche des Zylinderkopfes 2 ein­ geht, und hier ist eine relativ kleine Sammeltasche 19 ausge­ staltet. Auf diese Weise werden, soweit dieser Teil der Kon­ struktion betroffen ist, die Vorteile der ersten und zweiten Ausführungsform kombiniert.

Wenngleich die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs­ formen dargelegt und beschrieben wurde, ist klar, daß auf Grund der offenbarten Lehre dem Fachmann Abwandlungen und Abänderungen an die Hand gegeben sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit einer eine veränder­ liche Gemischwirbelbewegung erzeugenden Ansaugbohrungs­ konstruktion, mit einem Brennraum, in dem eine Zündkerze angeordnet ist, mit einer ersten, allgemein geraden, zu einer ersten Eintrittsöffnung zum Brennraum führenden Ansaugbohrung, mit einer zweiten, allgemein gedrallten, zu einer zweiten Eintrittsöffnung zum Brennraum führen­ den Ansaugbohrung, die an ihrem Ende mit einem Wirbelteil versehen ist, und mit einer in einem stromaufwärtigen Teil der ersten, geraden Ansaugbohrung angeordneten, deren Strömungswiderstand regelnden Drosselklappe, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen geraden Hilfs­ kanal (15), der eine Einlaßöffnung (16) an einer strom­ auf der Drosselklappe (14) gelegenen Stelle hat sowie unter Umgehung der Drosselklappe an einer der Ein­ trittsöffnung der ersten Ansaugbohrung (6) in den Brenn­ raum (5) nahegelegenen Stelle (17) austritt und der bei geöffneter Eintrittsöffnung durch diese hindurch allgemein auf die Zündspitze der Zündkerze (13) gerichtet ist.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand des im wesentlichen geraden Hilfskanals (15) größer ist als sowohl der Strömungswi­ derstand der ersten, allgemein geraden Ansaugbohrung (6) und der ersten Eintrittsöffnung wie auch größer als der Strö­ mungswiderstand der zweiten, allgemein gedrallten An­ saugbohrung (7) und der zweiten Eintrittsöffnung.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündkerze (13) im wesentlichen im Zen­ trumsbereich des Brennraumes (5) angeordnet und der all­ gemein gerade Hilfskanal (15) bei geöffneter Eintritts­ öffnung durch diese hindurch allgemein in radialer Richtung des Brennraumes gerichtet ist.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskanal (15) bei geöffneter erster Eintrittsöfnung durch diese hindurch in den Brenn­ raum (5) in einer Richtung gerichtet ist, die dazu ge­ eignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein ge­ drallte Ansaugbohrung (7) und die zweite Eintrittsöff­ nung hervorgerufene hohe Turbulenz zu tilgen.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskanal (15) bei geöffneter erster Eintrittsöffnung durch diese hindurch in den Brenn­ raum (5) in einer derart seitlich zur Zündspitze der Zündkerze (13) verlaufenden Richtung gerichtet ist, die dazu geeignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein gedrallte Ansaugbohrung (7) und die zweite Eintrittsöff­ nung hervorgerufene hohe Turbulenz zu tilgen.

6. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskanal (15) bei geöffneter erster Eintrittsöffnung durch diese hindurch in den Brenn­ raum (5) in einer zu dessen radialer Richtung etwas der­ art schiefen Richtung gerichtet ist, die dazu geeignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein gedrallte An­ saug-bohrung (7) und die zweite Eintrittsöffnung hervor­ gerufene hohe Turbulenz zu tilgen.

7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskanal (15) bei geöffneter erster Eintrittsöffnung durch diese hindurch in den Brenn­ raum (5) in einer zu dessen radialer Richtung in einer etwas derart seitlich zur Zündspitze der Zündkerze (13) abgewinkelten Richtung gerichtet ist, die dazu geeignet ist, eine im Brennraum durch die allgemein gedrallte An­ saugbohrung (7) und die zweite Eintrittsöffnung hervor­ gerufene hohe Turbulenz zu tilgen.

8. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (16) des Hilfskanals (15) in der allgemein geraden Ansaugbohrung (6) an einer im wesentlichen unmittelbar stromauf der Drosselklappe (14) befindlichen Stelle liegt.

9. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennwand (30, 30′) die erste, allgemein gerade Ansaugbohrung (6) von der zweiten, allge­ mein gedrallten Ansaugbohrung (7) trennt und daß die Ein­ laßöffnung (16) des Hilfskanals (15) in der allgemein geraden Ansaugbohrung an einer im wesentlichen stromab der Anströmkante der Trennwand befindlichen Stelle liegt.