<Desc/Clms Page number 1>
Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen
Die Erfindungbetriffteinen Zylinderkopffür Brennkraftmaschinen mit aussermittig angeordnetem Einlassventil und einem drallerzeugenden Einlasskanal, der an seiner Übertrittsstelle zum Ansaugkrümmer einen überwiegend kreisförmigen Querschnitt aufweist. Mit dem Erfindungsgegenstand soll die Aufgabe
EMI1.1
beliebig anpassen zu können. Es ist bekannt, dass beispielsweise für verschiedene Motordrehzahlen jeweils andere Drallwerte im Zylinder zu optimalem motorischen Verhalten führen können. Ebenso ist bekannt, dass, z. B. bei kompressionsgezündeten Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, ein hoher Drall zu schlechtem Startverhalten führt, insbesondere bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt.
Diese Erkenntnisse lassen es als wünschenswert erscheinen, den Drall in weiten Grenzen willkürlich verändern zu können.
Eine Einrichtung, die dieses Ziel verwirklicht, ist bisher nur insoweit bekannt, als zur Drallerzeugung sogenannte Schirmventile oder ähnliche, am Umfang von Ventilen bzw. Ventilsitzen wirksame Steuerorgane verwendet werden, wobei die Formgebung des Einlasskanals für die Drallerzeugung im allgemeinen unberücksichtigt bleibt. Durch Verdrehen des Schirmes um die Ventilachse kann dann der Drall von einem als günstigst erkannten und eingestellten Betriebspunkt aus beliebig bis zu einer gewissen oberen Grenze gesteigert oder auch bis auf den Wert Null gesenkt werden, oder es besteht auch die Möglichkeit, den Drall in seiner Drehrichtung ganz umzukehren.
Auf diese Weise wird also, bei im wesentlichen geradlinigem Verlauf der einzelnen Stromfäden, die Drallregelung durch eine Veränderung der Asymmetrie des tatsächlich durchströmten Öffnungsquerschnittes in bezug auf die die Zylinderachse und Ventilachse enthaltende Vertikalebene bewirkt, indem jeweils ein anderer Teil des Ventilumfanges abgedeckt wird.
Wesentlich grössere Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn der Drall durch besondere Formgebung des Einlasskanals allein erzeugt wird. Das äussere Bild von Ventil und Ventilsitz zeigt hier eine völlige Rotationssymmetrie. Die zur Erzeugung des Dralls im Zylinder erforderliche Asymmetrie der Gesamtheit aller Stromfäden in bezug auf die oben näher bezeichnete Vertikalebene wird hier nicht durch die Lage des Öffnungsquerschnittes, sondern durch die an jedem Punkte des Querschnittes verschiedene Durchströmungsrichtung bewirkt. Wenn also der Drall in seiner Grösse geändert werden soll, dann muss offenbar eine Beeinflussung der Richung erfolgen, unter der die einzelnen Stromfäden den Ventilspalt verlassen.
Bei den bisherigen Kanalausbildungen konnte eine entsprechend grosse Drehgeschwindigkeit der Ladung im Ansaugkanal und ausserdem ein Hinleiten von bestimmten Anteilen der Gesamtströmung an bestimmte Teile des Ventilumfanges durchwegs nur unvollständig erreicht werden.
So ist ein bekannter Einlasskanal für eine Brennkraftmaschune nur einseitig spiralförmig ausgebildet.
Hier geht eine gedachte Längsmittelgerade im Einlasskanal zuerst an der Ventilachse vorbei und dann erst schneidet diese Längsmittelgerade einen tangierenden Zylinderradius, der mit dieser Längsachse einen rechten Winkel bildet.
Sollen anderseits die bekannten herstellungs-und betriebstechnischen Vorteile völlig rotationssymmetrischer Ventile und Ventilsitze im Vergleich zu einseitig abgeschirmten Steuerorganen dennoch erhalten bleiben, dann muss die Beeinflussung der Strömung-in Strömungsrichtung gesehen-vorverlegt wer- den, d. h. möglichst an der Eintrittsstelle der in den Einlasskanal einströmenden Luft erfolgen.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, dass im Bereich der Übertrittsstelle des Einlasskanals zum Al1SáugkrUmmer ein um die Längsachse der Einlauföffnung drehbares Regelorgan angeordnet ist, dessen Leitfläche von der Öffnungsebene aus strömungseinwärts gerichtet und so ausgebildet ist, dass die Luft gegen verschiedene Kanalwandungen abgelenkt werden kann, wodurch im Arbeitszylinder jeweils die Drallwerte der Luft verändert werden.
Um dies zu erreichen, beginnt in Weiterbildung der Erfindung der
Einlasskanal im Grundriss gesehen an seiner Übertrittsstelle am Ansaugkrtimmer als kurzer Bogen und mün- det anschliessend gegensinnig verlaufend in einem spiraligen Kanalstück in den Raum über dem Einlass- ventil ein, wobei die Luftströmung in der einen Stellung des Regelorgans vorwiegend entlang der äusseren
Kanalwandung geführt wird, so dass sich beim Erreichen des Ventilspaltes ein solcher Gesamtverlauf der
Stromfäden ergibt, dass sich ein verhältnismässig hoher Drall im Zylinder einstellt und wobei in der andern
Stellung des Regelorganes die Luft zu einerStrömungvorwiegendlängs der inneren Kanalwandung gezwun- gen wird, was zu einem verhältnismässig niedrigen Drall im Zylinder führt.
Ferner wird gemäss der Erfin- dung vorgeschlagen, das Regelorgan als eine etwa Viertelkugelform aufweisende Hohlschale zu gestalten, deren Mittelpunkt in der Ebene des Flansches des Regelorgans auf der Längsachse des Einlasskanals liegt, wobei die konkave Innenseite der Hohlschale als Leitfläche. dient. Besonders zweckmässig ist es dabei, die
Hohlschale an diesem Flansch zu befestigen und den Flansch an der Übertrittsstelle drehbar zu lagern. Es werden somit in verschiedenen Stellungen des Regelorgans jeweils andere Gesamtbilder der den Ventil- spalt durchziehenden Stromfäden beim Übertritt in den Zylinder im bezug auf die obenbezeichnete Ver- tikalebene bewirkt.
Nach einem weiteren Merkmal des Erfindungsvorschlages ist die Einstellung des Regelorgans in Ab- hängigkeit von einer Betriebszustandsgrösse der Brennkraftmaschine, z. B. der Temperatur im Kaltstart, selbsttätig steuerbar. Schliesslich erfolgt die automatische Steuerung des Regelorgans in an sich bekannter
Weise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausftihrungsbeispiel dargestellt. Hiebei zeigt
Fig. 1 den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit drallerzeugendem Einlasskanal und mit einem Drallregelorgan in der Einlauföffnung des Einlasskanals, teils in Draufsicht und teils im Schnitt, Fig. 2 dieselbe Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer ändern Einstellung des Dral1iegelorgans.
Innerhalb der Grundrissprojektion eines Zylinderkopfes 1 einer nicht weiter dargestellten Brennkraft- maschine liegt der durch den Kreis 2 angedeutete Arbeitszylinder, dessen Längsachse mit dem Mittelpunkt
3 des Kreises 2 zusammenfällt. Durch den Kreis 4 ist der im allgemeinen kegelige Ventilspalt angedeutet, der durch das aussermittig angeordnete (nicht dargestellte) Einlassventil und den im Zylinderkopf einge- frästen Ventilsitz bei geöffneter Ventilstellung gebildet wird ; der Mittelpunkt 5 des Kreises 4 fällt dabei mit der Einlassventilachse zusammen. Die Wandungskonturen 6,7 deuten eine Formgebung des Einlasska- nals 8 an, die bei einer geometrischen Einlaufrichtung dieses Kanals in den Raum über dem Einlassventil bzw.
Ventilspalt 4 zu einem hohen Drall unter voller Ausnutzung des gesamten Ventilspaltes führt, ohne dass irgend ein Umfangsteil des letzteren abgeschirmt wird.
In die Einlauföffnung des Einlasskanals 8, u. zw. im Bereich der Übertrittsstelle des Einlasskanals in den nicht dargestellten Saugkrümmer ist ein Regelorgan 10 derart angeordnet, dass sich durch Verstellen, beispielsweise Verdrehen, desselben jeweils andere Strömungsverhältnisse auf dem Wege von der Einlauf- öffnung 9 des Regelorgans 10 zum Ventilspalt 4 im Einlasskanal 8 herbeiführen lassen ; hiedurch ergibt sich jeweils eine unterschiedliche Asymmetrie der den Ventilspalt 4 durchsetzenden Stromfäden in bezug auf die die Zylinderachse 3 und die Ventilachse 5 enthaltende Vertikalebene 11-11, was wiederum einen un- terschiedlichen Drall im Zylinder 2 zur Folge hat.
Im Ausführungsbeispiel besteht das Regelorgan 10 aus einer etwa Viertelkugelform aufweisenden Hohlschale, die in der Ebene des Flansches 12 um den Mittelpunkt 13 der kreisförmigen Einlauföffnung 9 dreh- bar angeordnet ist. Durch diesen gedachten Mittelpunkt 13 führt die Längsachse 13a, um die das Regelor- gan 10 zu seiner Verstellung drehbar ist, wobei der Flansch 12 des Regelorgans 10 an den Aussenflächen 15 des Zylinderkopfes 1 ebenfalls in einer Kreisbahn entlang schleift. Die Krtimmungsleitfläche 14 desregel- organes 10 ist dabei von der Ebene des Flansches 12 aus strömungseinwärts gerichtet, so dass ihre konkave
Innenseite eine Leitwirkung auf die durchströmende Luft- bzw. Gemischfüllung ausübt.
Hiebei wird ange- nähert in der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Regelorganes 10 die Luft- bzw. Gemischfi1llung zu einer
Strömung vorwiegend entlang der äusseren Kanalwandung 6 verhalten, wodurch sich bei Erreichen des Ven- tilspaltes4 ein solcher Gesamtverlauf der Stromfäden ergibt, dass sich ein verhältnismässig hoher Drall im
Zylinder 2 einstellt ; umgekehrt wird in der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Regelorgans 10 die Luft zu einer Strömung vorwiegend längs der inneren Kanalwandung 7 gezwungen, was zu einem verhältnismässig niedrigen Drall im Zylinder führt,
<Desc/Clms Page number 3>
Die Erfindung ist nicht auf die nur als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt.
So kann die Krümmungsleitfläche des Regelorgans 10 statt der Kugelform auch jede beliebige andere Krümmungsform,
EMI3.1
Weiterhin lässt sich die Verstellbarkeit des Regelorgans mit den hiefür bekannten Mitteln der Technik in der verschiedensten Weise durchführen, so dass statt einer verdrehbaren Anordnung gegebenenfalls auch eine Art.Schiebersteuerung benützt werdeu kann. Die Einstellung des Regelorgans 10 kann ausserdem auto- matisiertwerden, indem sie in Abhängigkeit von einer gewählten Betriebszustandsgrösse der Brennkraftma- schine, z. B. der Temperatur beim Kaltstart, gebracht wird ; dies wiederum kann in bekannter Weise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch geschehen.
Alle diese konstruktiven Abwandlungen sind in den Umfang der Erfindung mit einbezogen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen rait auss ermittig angeordnetem Einlassventil und einem drallerzeugenden Einlasskanal, der an seiner Übertrittsstelle zum Ansaugkrümmer einen überwiegend kreisför- migen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Übertrittsstelle ein um die Längsachse (13a) der Einlauföffnung drehbares Regelorgan (10) angeordnet ist, dessen Leitfläche von der Öffnungsebene aus strömungseinwärts gerichtet und so ausgebildet ist, dass die Luft gegen verschiedene Kanalwandungen abgelenkt werden kann, wodurch im Arbeitszylinder jeweils die Drallwerte der Luft ver- ändert werden.