AT331575B - Brennkraftmaschine mit innerer gemischbildung insbesondere dieselmotor - Google Patents

Brennkraftmaschine mit innerer gemischbildung insbesondere dieselmotor

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AT331575B AT530772A AT530772A AT331575B AT 331575 B AT331575 B AT 331575B AT 530772 A AT530772 A AT 530772A AT 530772 A AT530772 A AT 530772A AT 331575 B AT331575 B AT 331575B
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    • F02F2001/247Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotor, mit zwei im Zylinderkopf angeordneten Einlassventilen je Zylinder, über die die Verbrennungsluft mit um die
Zylinderachse rotierender Strömung geleitet ist, wobei zumindest an einem der Einlassventile ein Teilluftstrom gebildet ist, dessen Strömungsrichtung im Zylinder dem Drehsinn der über die übrigen Einlassventilquerschnitte in den Zylinder eintretenden Verbrennungsluft entgegengesetzt ist. 



   Diese Bauart beruht auf der Erkenntnis, dass man den Gehalt an Schadstoffen, vor allem   NO., in   den
Abgasen einer Brennkraftmaschine erheblich reduzieren kann, wenn der üblichen Drehbewegung der
Zylinderladung um die Zylinderachse eine kräftige Turbulenz der Verbrennungsluft überlagert wird. Ein solcher
Strömungszustand begünstigt die Gemischbildung und sorgt dadurch für einen rascheren Ablauf des
Verbrennungsvorganges. Die Turbulenz kommt durch das Aufeinanderprallen der in entgegengesetzten Drehsinn um die Zylinderachse kreisenden Teilluftströme zustande. Da die Turbulenz erst knapp vor dem Einsetzen des
Verbrennungsvorganges entsteht, kommt ihr fördernder Einfluss auf eine verbesserte und beschleunigte
Gemischbildung, mit der eine Optimierung des Verbrennungsvorganges verbunden ist, voll zur Entfaltung. 



   Nach den früher vorherrschenden Tendenzen im Motorenbau wurde die Erzeugung eines möglichst starken
Dralles der Zylinderladung als eine der wichtigsten Massnahmen zur Verbesserung der Gemischbildung und
Leistungssteigerung angesehen. Es sind zahlreiche Ausführungen von Motoren bekanntgeworden, bei welchen dieser Drall der Zylinderladung durch spezielle Gestaltung des Einlasskanalsystems bewusst verstärkt wird. 



   So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2110648 eine Vierventil-Brennkraftmaschine bekannt- geworden, bei der beide Einlasskanäle als gleichsinnige Spiralkanäle ausgebildet sind, um eine verstärkte und gleichmässigere Rotation der Zylinderladung um die Zylinderachse zu erreichen. 



   Auch die Anordnung zweier, in gleichem Drehsinn tangential in den Zylinder einmündender Einlasskanäle, wie sie der deutschen Offenlegungsschrift 1426103 als bekannt zu entnehmen ist, dient nur einer Intensivierung der Rotation der Verbrennungsluft im Zylinder. 



   Im Gegensatz zu diesen bekannten Ausführungen soll durch die Erfindung eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art geschaffen werden, welche die Erzeugung einer beliebig starken Turbulenz der
Verbrennungsluft mit sehr einfachen Mitteln ermöglicht und die sich durch eine raumsparende Ausbildung des
Einlasskanalsystems auszeichnet. 



   Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass in an sich bekannter Weise von den
Einlasskanälen der eine als Schrägkanal und der andere als Spiralkanal ausgebildet ist, dass der Schrägkanal zu dem in Drallrichtung an erster Stelle gelegenen Einlassventil führt, das in einer die Zylinderachse enthaltenden, gegenüber einer Normalebene zur Motorlängsachse um einen Winkel von 0 bis   45  in   Drallrichtung versetzten
Ebene liegt, dass beide Einlasskanäle in an sich bekannter Weise im wesentlichen tangential zu einer zur
Zylinderachse konzentrischen, die Ventilachsen enthaltenden Zylinderfläche und in einer bezüglich der
Zylinderachse denselben Drehsinn ergebenden Richtung verlaufen, und dass der zu dem in Drallrichtung an zweiter Stelle gelegenen Einlassventil führende Spiralkanal, im Grundriss des Zylinderkopfes gesehen,

   etwa senkrecht zur Motorlängsachse verläuft, wobei seine der Zylindermitte zugewendete Innenwand als die
Ventilführungsbutzen beider Einlassventile unmittelbar verbindender Bogen verläuft, dessen konvexe Seite der
Zylindermitte zugewendet ist und an den der spiralförmig um den Ventilführungsbutzen gewundene Abschnitt dieses Einlasskanals anschliesst. 



   Aus der franz. Patentschrift Nr. 1. 200. 645 ist zwar ein Zylinderkopf einer Vierventil-Brennkraftmaschine bekannt, bei dem das eine Einlassventil an einen Schrägkanal und das andere an einen Spiralkanal angeschlossen ist. Die beiden, von der oberen Zylinderkopfwand nach abwärts führenden Einlasskanäle verlaufen dabei, im Grundriss des Zylinderkopfes gesehen, im wesentlichen geradlinig und nahezu parallel zueinander, wobei nur der Schrägkanal eine dem beabsichtigten Drehsinn der Luft'im Zylinder entsprechende Richtung besitzt. Beim andern Einlasskanal bildet der spiralförmig zum Ventil hin abfallende Kanalabschnitt fast eine volle Windung, so dass der über diesen Kanal geführte Luftstrom im wesentlichen ebenfalls in Richtung des beabsichtigten Dralles über den Ventilspalt in den Zylinder einströmt.

   Diese Einlasskanalanordnung führt im wesentlichen nur zu einer verstärkten Rotation der Zylinderladung, welche nach neueren Erkenntnissen für die Gemischbildung und damit für einen günstigen Verbrennungsablauf nicht allein massgeblich ist. Ausserdem ergeben sich durch die Formgebung des Spiralkanals verhältnismässig grosse Strömungswiderstände in diesem. Die bekannte Einlasskanalanordnung hat darüber hinaus den Nachteil, dass die nebeneinanderliegenden Einlasskanäle verhältnismässig viel zusammenhängenden Bauraum beanspruchen und dazwischen kein Platz für den Durchtritt von Zylinderkopfschrauben, Stossstangen   u. dgl.   verbleibt. Dadurch wird die konstruktive Freizügigkeit für die Gestaltung des Zylinderkopfes stark beeinträchtigt.

   Zylinderkopfschrauben müssen im grösseren Abstand voneinander angeordnet werden, was aus Festigkeitsgründen und hinsichtlich der Abdichtung des Zylinderkopfes gegenüber dem Zylinderblock von Nachteil ist. 



   Demgegenüber bietet die erfindungsgemässe Konstruktion sowohl strömungstechnische als auch bauliche Vorteile. Durch die von der bekannten Ausführung abweichende Anordnung des Schrägkanals und des Spiralkanals kommt es nämlich zur Ausbildung der beabsichtigten, der Rotation der Zylinderladung überlagerten Turbulenz der Verbrennungsluft. Dieser Effekt kommt dadurch zustande, dass in einem gewissen Umfangsbereich 

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 des an den Spiralkanal angeschlossenen Einlassventils Geschwindigkeitsvektoren der Luftströmung vorhanden sind, die beim Anprall an die Zylinderinnenwand Komponenten ergeben, welche der Hauptdrallrichtung im
Zylinder entgegengesetzt gerichtet sind.

   Diese Strömungskomponenten, welche nach den konventionellen, lediglich auf Drallerzeugung gerichteten Gesichtspunkten als störend angesehen werden, prallen gegen den aus dem Schrägkanal austretenden, wesentlich stärkeren Luftstrom und werden von diesem in die Hauptdrallrichtung umgelenkt. Dabei entsteht die angestrebte Turbulenz, womit die erwähnten, sonst störenden
Strömungskomponenten nutzbringend verwendet werden. 



   In baulicher Hinsicht bietet die Erfindung den wesentlichen Vorteil, dass man bei der Anordnung der beiden Einlasskanäle auch die übrigen konstruktiven Gesichtspunkte der betreffenden Motorbauart berücksichtigen kann und es ohne weiters möglich ist, den verfügbaren Bauraum zwischen den beiden Kanälen für die Anordnung von Schraubenbutzen, Stossstangendurchtritten   od. dgl.   zu benutzen, ohne Verengungen der Einlasskanalquerschnitte oder anderweitige Kompromisse in Kauf nehmen zu müssen. Die Einlasskanalanordnung nach der Erfindung zeichnet sich ausserdem durch relativ kurze, strömungsgünstig geformte Kanäle aus. 



   In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die dem Zylinderkopfboden näher gelegene, zum Ventilsitz flach abfallende Wand des Schrägkanals oberhalb des Ventilsitzes als an sich bekannte Abreisskante endet. Diese Anordnung begünstigt den Übertritt des durch den Schrägkanal geführten Teilluftstromes in dem dem Zulaufteil dieses Schrägkanals gegenüberliegenden Bereich des Ventilspaltes in den Zylinder. Durch die im wesentlichen tangentiale Einströmung wird die zwischen den beiden Ventilen entstehende Turbulenz noch weiter verstärkt. 



   Besonders günstige Strömungsbedingungen ergeben sich nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch, dass beide Einlasskanäle in an sich bekannter Weise von einem im Zylinderkopf ausgesparten, entlang der saugseitigen Zylinderkopfseitenwand sich erstreckenden Aufnehmerraum ausgehen. Man erhält auf diese Weise besonders kurze, strömungsgünstige Kanäle, wobei auch eine Krümmung am Beginn des Schrägkanals vermieden wird. 



   Bei Anwendung des Erfindungsgedankens an Brennkraftmaschinen mit von der oberen Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes ausgehenden Einlasskanälen ist hingegen nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgesehen, dass im Grundriss des Zylinderkopfes beide Einlasskanäle im wesentlichen geradlinig verlaufen, dass der Schrägkanal nach einem an der Seite des Zylinderkopfbodens konvexen Bogen verläuft, und dass der Spiralkanal von der oberen Zylinderkopffläche mit einem zum Zylinderkopfboden konvexen bogenförmigen Abschnitt und einem daran anschliessenden, entgegengesetzt gekrümmten Abschnitt in den spiralförmigen Kanalteil übergeht. 



  Auch hier ergeben sich relativ kurze und verlustarme Einlasskanäle und eine gute Ausnutzung des für die Kanäle verfügbaren Bauraumes. 



   Schliesslich kann gemäss einer andern Weiterbildung der Erfindung ein Einlasskanal von einer Seitenwand und der andere Einlasskanal von der oberen Begrenzungswand des Zylinderkopfes ausgehen. 



   Die Erfindung wird nachstehend an Hand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Horizontalschnitt eines Zylinderkopfes nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie   11-11   in   Fig. l, Fig. 3   einen weiteren Schnitt nach der Linie III-III der Fig. l, Fig. 4 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse im Ventilbereich des Zylinderkopfes nach   Fig. l, Fig. 5   den Horizontalschnitt einer andern Ausführungsform eines Zylinderkopfes nach der Erfindung, Fig. 6 einen Schnitt gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5, und Fig. 7 einen weiteren Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 5. 



   Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. l bis 4 handelt es sich um den Zylinderkopf--l--einer 
 EMI2.1 
 der   Auslassventile --3, 3'-- liegen,   im Grundriss des Zylinderkopfes gesehen, bezüglich der Zylinderachse   --6-- jeweils   um 900 zueinander versetzt auf einem zur   Zylinderachse--6--konzentrischen Kreis--7-.   



   Die Ventile sind dabei so angeordnet, dass eine durch die   Ventilachse--4--des Einlassventils--2--   und durch die Zylinderachse--6--gelegte Ebene--8--mit einer   Normalebene--9--zur   Motorlängsachse zusammenfällt bzw. einen Winkel a von maximal   450 einschliesst.   
 EMI2.2 
 Achse des Einlasskanals --10-- von der Zylinderkopfseitenwand--11--aus zunächst als Bogen--12--, an den ein geradliniger   Abschnitt-13-anschliesst,   welcher den   Kreis --7-- tangiert.   



   Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass die dem   Zylinderkopfboden-14-näher   gelegene   Wand-16-des     Einlasskanals-10-mit   verhältnismässig geringem Gefälle zum   Ventilsitz --15-- hin   abfällt und oberhalb des   Ventilsitzes--15--eine Abreisskante--17--bildet.   



   Zu dem andern   Einlassventil --2'-- führt   ein als Spiralkanal ausgebildeter   Einlasskanal--10'--,   welcher sich im wesentlichen quer zur Zylinderkopfseitenwand--11--erstreckt und dessen der Zylindermitte 
 EMI2.3 
 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
2'--verbindendenVentilsitz hin abfallende Abschnitt --21-- des Spiralkanals --10'-- an. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass der   Einlasskanal --10'-- zwischen   der Zylinderkopfseitenwand--11--und seinem spiralförmigen Abschnitt   --21-- annähernd   geradlinig und parallel zum Zylinderkopfboden --14-- verläuft. 



   Aus der schematischen Darstellung der Fig. 4 sind die aus der vorgesehenen Anordnung und Ausbildung der   Einlasskanäle--10, 10'--resultierenden   Strömungsverhältnisse im Bereich der   Einlassventile--2, 2'--   ersichtlich.   Mit-22--sind   die Geschwindigkeitvektoren der über den   Einlasskanal --10-- und   das geöffnete Ventil--2--in den   Zylinder--24--eintretenden   Luft und   mit--23--die   entsprechenden Geschwindigkeitskomponenten beim andern Einlassventil --2'-- bezeichnet. Die Überlagerung dieser beiden Luftströme führt zu einer Rotation der Zylinderladung in der durch den   Pfeil --25-- veranschaulichten   Hauptdrallrichtung. 



   In dem durch gestrichelte Linien hervorgehobenen   Umfangsbereich--26--des Einlassventils--2'--   besitzen die Geschwindigkeitsvektoren--23--eine der Hauptdrallrichtung--25--entgegengesetzte Austrittsrichtung, so dass sie gegen den über das Einlassventil --2-- geführten, wesentlich stärkeren Luftstrom prallen und von diesem in die Hauptdrallrichtung--25--umgelenkt werden. Durch den Zusammenprall der in entgegengesetzter Richtung strömenden Luftströme kommt es zu einer starken Turbulenz, welche sich der Drehströmung der Zylinderladung überlagert, die Gemischbildung fördert und damit zu einer vollständigen Verbrennung im Zylinder --24-- massgeblich beiträgt. 
 EMI3.1 
 geformte Kanäle aus und bietet ausserdem den Vorteil, dass zwischen den beiden   Einlasskanälen--10, 10'--   genügend Raum für die Unterbringung   z.

   B.   eines   Schraubenbutzens--27--für   eine der nicht dargestellten Zylinderkopf-Befestigungsschrauben zur Verfügung steht. 



   Die Zylinderkopfausführung nach Fig. 5 bis 7 unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, dass die beiden   Einlasskanäle--10, 10'-von   der oberen Begrenzungswand --28-- des Zylinderkopfes --1'-- ausgehen. Die Anordnung der Einlasskanäle ist dabei so getroffen, dass sie, im Grundriss des Zylinderkopfes gesehen, annähernd geradlinig verlaufen. Wie Fig. 7 zeigt, fällt 
 EMI3.2 
 --10-- mitZylinderkopf nach Fig. 5 bis 7 ergeben sich im wesentlichen dieselben Strömungsverhältnisse, wie sie in   Fig. 4 für   das erstere Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt sind. 



   Abweichend von den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen sind im Rahmen der Erfindung auch Zylinderkopfkonstruktionen möglich, bei denen einer der beiden Kanäle von einer Seitenwand und der andere von der oberen Begrenzungswand des Zylinderkopfes ausgeht. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1. Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotor, mit zwei im Zylinderkopf angeordneten Einlassventilen je Zylinder, über die die Verbrennungsluft mit um die Zylinderachse rotierender Strömung geleitet ist, wobei zumindest an einem der Einlassventile ein Teilluftstrom gebildet ist, dessen Strömungsrichtung im Zylinder dem Drehsinn der über die übrigen Einlassventilquerschnitte in den Zylinder 
 EMI3.3 
 bekannter Weise von den Einlasskanälen der eine (10) als Schrägkanal und der andere (10') als Spiralkanal ausgebildet ist, dass der Schrägkanal (10) zu dem in Drallrichtung an erster Stelle gelegenen Einlassventil (2) führt, das in einer die Zylinderachse (6) enthaltenden, gegenüber einer Normalebene (9) zur Motorlängsachse um einen Winkel von 0 bis   45  in   Drallrichtung versetzten Ebene (8) liegt,

   dass beide Einlasskanäle (10,10') in an sich bekannter Weise im wesentlichen tangential zu einer zur Zylinderachse (6) konzentrischen, die Ventilachsen (4,4', 5,5') enthaltenden Zylinderfläche (7) und in einer bezüglich der Zylinderachse (6) denselben Drehsinn ergebenden Richtung verlaufen, und dass der zu dem in Drallrichtung an zweiter Stelle gelegenen Einlassventil (2') führende Spiralkanal (10'), im Grundriss des Zylinderkopfes   (1)   gesehen, etwa senkrecht zur Motorlängsachse verläuft, wobei seine der Zylindermitte zugewendete Innenwand (18) als die Ventilführungsbutzen (19,20) beider Einlassventile (2,2') unmittelbar verbindender Bogen verläuft, dessen konvexe Seite der Zylindermitte zugewendet ist und an den der spiralförmig um den Ventilführungsbutzen (20) gewundene Abschnitt (21) dieses Einlasskanals (10') anschliesst. 
 EMI3.4 


Claims (1)

  1. Zylinderkopfboden (14) näher gelegene, zum Ventilsitz (15) flach abfallende Wand (16) des Schrägkanals (10) oberhalb des Ventilsitzes (15) als an sich bekannte Abreisskante (17) endet. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 an sich bekannter Weise von einem im Zylinderkopf ausgesparten, entlang der saugseitigen Zylinderkopfseitenwand sich erstreckenden Aufnehmerraum ausgehen.
    4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, mit von der oberen Begrenzungsfläche des Zylinderkopfes EMI4.2 beide Einlasskanäle (10,10') im wesentlichen geradlinig verlaufen, dass der Schrägkanal (10) nach einem an der Seite des Zylinderkopfbodens (14) konvexen Bogen verläuft, und dass der Spiralkanal (10') von der oberen Zylinderkopffläche (28) mit einem zum Zylinderkopfboden (14) konvexen bogenförmigen Abschnitt und einem daran anschliessenden, entgegengesetzt gekrümmten Abschnitt (29) in den spiralförmigen Kanalteil (21) übergeht (Fig. 5 bis 7). EMI4.3
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0275841A2 (de) * 1986-12-23 1988-07-27 FIAT AUTO S.p.A. Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes
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