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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotoren, mit zwei Einlassventilen pro Zylinder, deren Achsen eine Ebene bestimmen, die im Wesentlichen parallel zur Motorlängsebene verläuft und zwei Einlasskanälen zu den Einlassventilen, die belde drallerzeugend ausgebildet sind und auf der dem Auslasskanal oder den Auslasskanälen bezüglich der Motorlängsebene gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, wobei die Flanschlage der Emlasskanäle im Bereich des betreffenden Zylinders bleibt, wobei ein als Tangential- oder Spiralkanal ausgebildeter erster Einlasskanal einen für eine optimale Drallzahl günstigen Winkel von etwa 180 aufweist.
welcher Winkel
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einem, den ersten Eintrittsquerschnitt des Einlasskanals in den Ventilraum festlegenden, vom Ventilmittelpunkt ausgehenden Radius andererseits.
Bei einem aus der DE 19 28 464 A bekannten Zylinderkopf dieser Art gehen belde Einlasskanäle von der gemeinsamen seitlichen Flanschebene aus, die der Flanschebene für den Auslasskanal oder die Auslasskanäle gegenüberliegt. Dies hat den Nachteil, dass für die drallerzeugenden Kanäle bei gewissen Verhältnissen von Ventilposition und Flanschlage Zwänge entstehen, die eine optimale Auslegung der Kanäle hinsichtlich Drall und Durchfluss verhindern. Unter der Voraussetzung, dass die Verbindung der Ventilmitten parallel zur Motorlängsachse ist, wird es für diese, eine sehr einfache Ventilsteuerung erlaubende Anordnung, sehr schwierig, drallerzeugende Kanäle mit optimalem Durchfluss zu realisieren.
Es wird dabei einer der Kanäle sowohl als Tangential- oder Spiralkanal optimal den gewünschten Drall der Zylinderladung erzeugen. Um die für den zweiten Einlasskanal günstigste Position zu finden, ist für einen Spiralkanal ein bestimmter Winkel a, der zwischen der die Ventil- und Zylindermitte verbindenden Geraden
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einzuhalten.
Der durch Messung gefundene Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel a, lässt das Maximum der Drallzahl Dz bei etwa 180 . erkennen, sodass dieser Winkel praktisch anzustreben ist, um optimale Drallwerte zu erreichen.
Aus konstruktiven Gründen ergeben sich dadurch verschiedene Probleme. Ist nämlich der Zulaufteil des ersten Kanales kurz und strömungsgünstig, so ergibt sich für die Spiralenlage des zweiten Kanals ein Winkel a von etwa 270'. in diesem Bereich weist die Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel ! a jedoch ein Minimum auf. Die Wirkung dieses Kanales ist daher durch niedrigeren Drall und geringeren Durchfluss drastisch verschlechtert.
Bei einer Anordnung, bei der die Spirale des ersten Kanals eine optimale Lage von 180 * aufweist, muss der Kanalzulaufteil des zweiten Kanales stark gekrümmt werden. Eine beliebige Vergrösserung des Krümmungsradius des Kanalzulaufteiles ist wegen Überschneidung mit dem zum Nachbarzylinder führenden Kanal nicht möglich. Es kommt in diesem stark gekrümmten Zulaufteil zu Strömungsablösungen, die die Vorteile der guten Spiralanlage zunichte machen.
Auch beim Tangentialkanal als zweiten Kanal treten ähnlich gelagerte Probleme auf : Da die Wirkung des Tangentialkanales darauf beruht, die Luftströmung auf die Zylinderwand so zu richten, dass damit eine drallbehaftete Strömung erzeugt wird, ist bei dieser Ventil-Flansch-Relation auch beim Tangentialkanal die Notwendigkeit einer starken Krümmung sofort einsichtig, da andernfalls, bei geradem Tangentialkanal, eine dem vom ersten Kanal erzeugten Drall entgegengesetzte Strömung erzeugt wird, die zwar zu hoher Turbulenz, aber zu keiner zylinderaxialen Drehbewegung führen kann.
In der GB 844 352 A wird ein Einlasssystem gezeigt, bei dem die Flanschebene in der Höhe über dem Einlassventil angeordnet ist. Auch bei diesem Einlasssystem kann aber eine optimale Drallzahl für belde Einlasskanäle nicht verwirklicht werden.
In der WO 90/05842 A1 wird ein Einlasssystem mit mehreren Einlasskanälen gezeigt, welche von unterschiedlichen Flanschebenen ausgehen. Der notwendige Drall wird hauptsächlich durch das Zusammenwirken beider Einlasskanäle erzeugt, was durch die Einströmrichtung und die spezielle Lage der Einlasskanäle bewirkt wird. Bei annähernd in Zylinderachsrichtung angeordneten Einlassventilen und im Falle einer gemeinsamen Flanschebene der beiden Einlasskanäle würden auch hier Zwänge entstehen, die eine optimale Auslegung der Kanäle hinsichtlich Drall und Durchfluss verhindern.
In der DE 861 173 C wird ferner ein Zylinderkopf für ein Einlasssystem mit zwei Einlassventilen beschrieben. Es ist pro Zylinder nur ein einziger Einlasskanal vorgesehen, der sich erst im Zylinderkopf unmittelbar vor dem ersten Ventil zu den Einlassventilen verzweigt. Die beiden Einlasskanäle sind allerdings nicht drallerzeugend ausgebildet, eine günstige Drallzahl kann somit auch mit dieser Anordnung nur sehr schwer erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kanalanordnung zu schaffen, die bei einer Ventilanordnung mehr oder weniger parallel zur Motorachse, insgesamt eine gute Drallerzeugung ermöglicht und dabei den Bereich des betreffenden Zylinders nicht überschreitet.
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Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Flanschebene eines zweiten, vorzugsweise als Tangentialkanal ausgebildeten Einlasskanals, In an sich bekannter Weise in der Höhe über dem zugehörigen Einlassventil auf einer Seite dieses Einlassventils angeordnet ist und an den von den von der Flanschebene ausgehenden Zulaufteil dieses Einlasskanales im Bereich des Einlassventiles zwei an beiden Seiten der Ventilführung und gegebenenfalls der Ventilfeder vorbeigeführte Teilkanäle des Einlasskanals anschliessen, welche Teilkanäle sich in Strömungsrichtung gesehen, nach der Ventilführung wieder vereinigen,
und der zweite Einlasskanal anschliessend an die Teilkanäle auf der dem Zulaufteil abgewandten Seite des Einlassventiles einen zum Ventilsitznng hin in Form eines Rohrbogens gekrümmten Bereich aufweist und In einer die vom ersten Einlasskanal bewirkten drehenden Ladungsbewegung unterstützenden Richtung am Ventilsitzring endet. Infolge der damit erreichten Anordnung der drallerzeugenden Kanäle, können gute Verhältnisse bezüglich Drall und Strömung erreicht und die Breite des Zylinderkopfes kann minimiert werden. Dies ist für Brennkraftmaschinen mit in Reihe angeordneten Zylindern von entscheidender Bedeutung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft der Zulaufteil des zweiten Einlasskanales In einer Ebene gekrümmt sein, welche normal zum Zylinderkopfboden steht. Vorteilhaft können die belden Einlasskanäle vorzugsweise von der selben Flanschfläche ausgehen wobei der Mittenabstand der belden Einlasskanäle im Flanschbereich grösser ist als der Mittenabstand der beiden Einlassventile. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Raum für die Drallerzeugung sehr gut ausgenützt werden.
Im Rahmen der Erfindung können in diesem Sinne die beiden Einlasskanäle übereinander angeordnet sein, wobei der untere Einlasskanal als Spiralkanal einen kürzeren Zulaufteil aufweist und der darüber angeordnete Einlasskanal als Tangentialkanal ausgebildet ist und die beiden zugehöngen Flanschflächen in verschiedenen Höhen angeordnet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der überwiegend schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 den Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit von einem Bezugswinkel a, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung in Draufsicht, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 und Fig. 6 je ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss der Erfindung in Draufsicht entsprechend Fig. 2. Gleiche oder gleichartige Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist die gemessene Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel a dargestellt. Dabei ist der über der Zylinderbohrung 22 angeordnete Ventilmittelpunkt mit 1 bezeichnet. Der Winkel a wird gebildet von der dem Ventilmittelpunkt 1 und Zylindermittelpunkt 2 verbindenden Geraden 21 einerseits, sowie dem vom Ventilmittelpunkt 1 ausgehenden Radius 20, der die Lage des ersten Spiralquerschnittes 3 festlegt, andererseits. Man kann das Maximum 4 der Drallzahl Dz bei einem Winkel a von knapp über 180. erkennen.
Bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Zylinderkopf 5 gemäss der Erfindung sind die Einlassventile mit 6 und 7 und die gegenüberliegenden Auslassventile mit 8 und 9 bezeichnet. Der Zylinderkopf 5 ist mittels Zylinderkopfschrauben, welche die Butzen 10 durchsetzen, am nicht dargestellten Gehäuse der Brennkraftmaschine befestigt. Die Zylinderbohrung ist gestrichelt angedeutet und mit 11 bezeichnet. Die Mittelbohrung 24 dient der Aufnahme einer Einspritzdüse oder Zündkerze.
Zum Einlassventil 6 führt der Spiralkanal 12 und zum Einlassventil 7 der Tangentialkanal 13. Der Winkel zwischen der den Ventilmittelpunkt und den Zylindermittelpunkt verbindenden Geraden 21 einerseits, und dem vom Ventilmittelpunkt ausgehenden Radius 20. der die Lage des ersten Spiralquerschnittes festlegt,
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180'.als 13 kreuzen sich, wobei der Zulaufteil 13'des Tangentialkanals 13 über dem Zulaufteil 12'des Spiralkanals 12 liegt.
Der Zulaufteil 13'des Tangentialkanals 13 liegt in Fig. 4 auf der linken Seite des Einlassventils 7 und führt in der Höhe über dem zugehörigen Einlassventils 7 auf der einen Seite dieses Einlassventils 7 über die Ventilposition hinweg und umgreift die Ventiiführung 15 und gegebenenfalls die am Ventilschaft 7'angreifende Ventilfeder 14 mit Teilkanälen 13a und 13b, welche sich knapp hinter der Ventilführung 15, also auf der anderen Seite des Einlassventils 7, zum Einlasskanal 13 wieder vereinigen.
Anschliessend ist der Einlasskanal 13 zum Ventilsitzring 16 hin in Form eines Rohrbogens gekrümmt und mündet als Tangentialkanal am Sitz des Ventilsitzringes 16 in den Zylinder. Hier unterstützt die im Zylinder hervorgerufene Rotationsströmung die vom Spiralkanal 12 erzeugte Drallströmung, welche durch den Pfeil 18 angedeutet ist.
Die Achse des Einlassventiles 7, welche mit 7" bezeichnet ist, steht im vorliegenden Fall etwas schräg zur Zylinderachse 17, was aber nicht erfindungswesentlich ist.
Der zum Spiralkanal12 gehörige Zulaufteil12'kann gegebenenfalls kurz ausgeführt werden, wie in Fig.
4 gestrichelt angedeutet und mit 23 bezeichnet ist. Der zugehörige mit 23'bezeichnete Mündungsquerschnitt 23'des Zulaufteiles 23 zum Spiralkanal 12 liegt dementsprechend tiefer als der Mündungsquerschnitt 13" des Tangentialkanales 13 und in einer anderen Flanschebene. Selbstverständlich kann auch
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dieser Kanal ein Tangentialkanal sein, wobei dessen drallerzeugende Wirkung auf die Zylinderladung mit jener des ersten Tangentialkanals 13 gleichgerichtet ist.
Die Kontur des Zylinderkopfes 5 ist schematisch mit strichpunktierten Linien dargestellt und mit 5' bezeichnet. Die Mündungsquerschnitte 12" und 13" des Spiralkanales 12 bzw. des Tangentialkanales 13, liegen in der Flanschebene 28 und Im Bereich des betreffenden Zylinders und nicht ausserhalb der rechten Begrenzung 27.
Die Ausführungen nach Fig. 5 und 6 deuten schematisch Ausführungsvarianten bezüglich der Anordnung der Zulaufteile 12'und 13'zu den Einlassventilen 6 bzw. 7. Bei der Ausführung nach Flg. 5 liegen die Mündungsquerschnitte 12"bzw. 13"in der Flanschebene 25 in Richtung Zylinderachse 17 untereinander angeordnet, wogegen bei der Ausführung nach Fig. 6 die Mündungsquerschnitte 12" und 13" nebeneinander angeordnet sind.