DE10060682A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Zylinderkopf für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf 1 für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein- 2, 2' und zwei Auslaßventile 3, 3' aufweisenden, koaxial zu einer Zylindermittelachse 4 angeordneten Brennraumdach 5 mit einer in etwa parallel hierzu angeordneten Mittelachse 8 einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 und einer seitlich davon angeordneten Zündkerze 7, wobei die Mittelachse 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 zwischen den Einlaßventilen 2, 2', auf einer Senkrechten 14 zur Zylindermittelachse 4, mit Abstand d zur Zylindermittelachse 4 angeordnet ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine
Brennkraftmaschine mit einem zwei Ein- und zwei Auslaßventile
aufweisenden, koaxial zu einer Zylindermittelachse
angeordneten Brennraumdach mit einer in etwa parallel hierzu
angeordneten Mittelachse einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung
und einer seitlich davon angeordneten Zündkerze.
Es ist bereits ein Brennraum für eine Brennkraftmaschine aus
der DE 43 24 642 C2 bekannt, der einen auf einem Zylinderblock
angeordneten Zylinderkopf, einen Brennraum, der von einer
dachförmigen Unterseite, die an dem Zylinderkopf gebildet ist,
eine kugelförmige Ausnehmung in einem Boden eines im
Zylinderblock befindlichen Kolbens, zwei Einlaßventile, die in
jedem Einlaß des Zylinderkopfes vorgesehen sind, zwei
Auslaßventile in einer zu den Einlaßventilen jeweils
entgegengesetzten Position, eine konische Ausnehmung in dem
Zylinderkopf auf einer Zylinderbohrungsachse, eine vertikal im
Zylinderkopf im Scheitel der konischen Ausnehmung angeordnete
Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die eine Düse aufweist, und
eine Zündkerze, die zwischen den Einlaßkanälen angeordnet ist,
aufweist, wobei eine Elektrode der Zündkerze im Brennraum an
einem unteren Bereich der konischen Ausnehmung befindlich ist
und die Ein- und Auslaßventile auf der dachförmigen Unterseite
des Zylinderkopfes liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennraum bzw.
einen Zylinderkopf der Art auszubilden und anzuordnen, daß bei
insgesamt kleinem Bauraum möglichst große Ventilquerschnitte
erreicht werden.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die
Mittelachse der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen den
Einlaßventilen, auf einer Senkrechten zur Zylindermittelachse,
mit Abstand d zur Zylindermittelachse angeordnet ist.
Hierdurch wird erreicht, daß die Ventilquerschnitte von
Auslaß- und Einlaßventil maximal sind. Die zentrale Position
von Kraftstoffeinspritzvorrichtung und Zündkerze
gewährleistet, daß die Gemischbildung sowohl im Homogenbetrieb
als auch bei Ladungsschichtung optimal ausgebildet ist. Durch
die unmittelbare Nachbarschaft von Einlaßventilen und
Kraftstoffeinspritzvorrichtung werden im Homogenbetrieb
(Einspritzung im Saughub) die Einlaßventile bzw. ihre Teller
teilweise mit Kraftstoff benetzt, was die Gemischbildung
vorteilhaft unterstützt.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Abstand d zwischen 0.5 mm
und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen
5 mm und 8 mm beträgt und von der Zylindermittelachse
ausgehend senkrecht zur Zylindermittelachse und senkrecht zu
einer Kurbelwellenlängsachse abgetragen ist. Die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung befindet sich somit zum einen
in einer symmetrischen Position zu den Einlaßventilen wie auch
in einer etwas entfernten ebenfalls symmetrischen Position zu
den Auslaßventilen. Der Abstand d ist so gewählt, daß die
Benetzung der Einlaßventil-Teller durch den Kraftstoffstrahl
gewährleistet ist.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung,
daß die Kraftstoffeinspritzvorrichtung zwischen
Zylindermittelachse und den beiden Einlaßventilen und die
Zündkerze zwischen der Zylindermittelachse und den beiden
Auslaßventilen angeordnet ist. Die Positionierung der
Zündkerze zwischen den Auslaßventilen, also auf der der
Kurbelwellenlängsachse gegenüberliegenden Seite, gewährleistet
eine zentrale Position der Zündkerze zusammen mit der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung innerhalb des Brennraumdachs.
Ferner ist es vorteilhaft, daß innerhalb des Brennraumdachs,
im Bereich der Zündkerze mindestens ein Kühlmittelkanal für
die Zündkerze vorgesehen ist, wobei der Kühlmittelkanal in
einer Brennraumdachwand zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal
und der Zündkerze vorgesehen ist. Hierdurch wird die Kühlung
der Zündkerze innerhalb des Brennraumdachs gewährleistet. Der
Durchmesser der Kühlkanäle für die Zündkerze ist der Art
gewählt, daß in Zusammenhang mit Querschnittsverkleinerungen
der Verbindungskanäle zu den Primär- und
Sekundärkühlmittelräumen ein Druckgefälle vom hinteren
Zylinder hin zum vorderen Zylinder gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist schließlich vorgesehen, daß der Kühlmittelkanal
über mindestens einen Verbindungskanal mit mindestens einem
ersten Kühlmittelraum bzw. Primärkühlmittelraum und/oder einem
zweiten Kühlmittelraum bzw. Sekundärkühlmittelraum in
Durchflußverbindung steht. Damit ist die Kühlmittelversorgung
der Kühlkanäle für die Zündkerze gewährleistet.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung,
daß mindestens eine mit Abstand d zur Zylindermittelachse in
Richtung der Einlaßventile versetzt angeordnete
Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen und der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung mindestens eine zwischen den
Auslaßventilen angeordnete Zündkerze zugeordnet ist, wobei der
Zündkerze innerhalb der Brennraumdachwand zwischen dem
jeweiligen Auslaßkanal und der Zündkerze mindestens ein
Kühlmittelkanal zugeordnet ist.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und
Anordnung ist es von Vorteil, daß ein Druckgefälle durch
Querschnittsverengungen innerhalb der Verbindungskanäle bzw.
innerhalb von Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse
und Zylinderkopf vorhanden ist. Hierdurch bleibt das
Kühlmittel-Druckniveau im Primärkühlmittelraum für alle
Zylinder gleich, wobei die Querschnitte der Kühlmittelkanäle
für die Zündkerze bei allen Zylindern identisch ist und somit
gleiche Kühlungsbedingungen realisiert werden.
Vorteilhaft ist es ferner, daß für die
Kraftstoffeinspritzvorrichtung ein als Dom ausgebildeter, bis
unterhalb einer Auslaßnockenwelle reichender Gußschacht
vorgesehen ist, der als Verlängerung nach oben ein
dünnwandiges Rohr in etwa koaxial aufnimmt, wobei das
dünnwandige Rohr an der Zylinderkopfoberseite eine Dichtung
zum Zylinderkopf oder einem Deckel aufweist. Somit wird der
Gußschacht nach oben hin bauraumoptimiert weitergeführt, ohne
daß es zu einer Kollision mit der Auslaßnockenwelle kommt. Am
oberen Ende wird er über eine sog. Schachtabdichtung zum
Zylinderkopfdeckel oder einem im Zylinderkopfdeckel
eingepreßten Zwischendeckel hin abgedichtet. Zusätzlich wird
die Übertragung von Körperschall vom Brennraumboden auf
abstrahlende Zylinderstrukturen vermieden.
Außerdem ist es vorteilhaft, daß bei dem Zylinderkopf mit
mehreren Nockenwellenlagerdeckel aufnehmende Nockenwellenlager
und einem einer Ventildeckelfläche zugeordneten Ventildeckel,
die Ventildeckelfläche zur Zylindermittelachse geneigt
verlaufend, zwei Nockenwellenachsen schneidend ausgebildet ist
und die Nockenwellenlagerdeckel in den Ventildeckel einteilig
integriert sind. Somit läßt sich bei erfindungsgemäßer
Anordnung des Brennraumdachs ein insgesamt kompakter Bauraum
des Zylinderkopfes erzielen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den
Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den
Figuren dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Anordnung der
Ventile, der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung und
der Zündkerze,
Fig. 2 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes
mit Zündkerze und Auslaßventilen,
Fig. 3 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes
von oben mit Kühlmittel- und
Verbindungskanälen,
Fig. 4 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes
von der Seite mit Kühlmittel- und
Verbindungskanal,
Fig. 5 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes
von der Seite mit Primär- und
Sekundärkühlmittelraum,
Fig. 6 einen Teilschnitt des Zylinderkopfes
von der Seite mit Ein-, Auslaßkanal,
Kraftstoffeinspritzvorrichtung und
Zündkerze.
In Fig. 1 ist mit 5 ein idealisiertes, entsprechend eines
Zylinders, rundes Brennraumdach bezeichnet. Innerhalb des
Brennraumdachs 5 sind gemäß Fig. 1 auf der linken Seite zwei
Einlaßventile 2, 2' angeordnet, deren Ventilteller-Außenumfang
tangential an einen Brennraumdachumfang 13 anliegt. Gegenüber
den Einlaßventilen 2, 2', in Bezug auf eine
Kurbelwellenlängsachse 9, sind zwei Auslaßventile 3, 3'
vorgesehen, deren Ventilteller-Außenumfang ebenfalls an den
Brennraumdachumfang 13 anliegt.
In einer mittleren Zone des Brennraumdachs 5, begrenzt durch
die Kurbelwellenlängsache 9 und die beiden
Einlaßventile 2, 2' bzw. den jeweiligen Ventilteller-
Außenumfang, ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6
plaziert, deren Mittelachse 8 parallel zu einer
Zylindermittelachse 4 und mit einem seitlichen Versatz bzw.
Abstand d senkrecht zur Kurbelwellenlängsachse 9 verläuft. Der
Abstand d wird hierbei definiert durch den Abstand zwischen
der Zylindermittelachse 4 und der Mittelachse 8 der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6. Die Mittelachse 8 schneidet
auch eine Symmetrieachse 14, wobei die Symmetrieachse 14
hierbei sowohl senkrecht zur Kurbelwellenlängsachse 9 als auch
senkrecht zur Zylindermittelachse 4 ist.
Zwischen den Auslaßventilen 3, 3' ist eine Zündkerze 7
angeordnet. Die Zündkerze 7 ist hierbei ebenfalls auf der
Symmetrieachse 14 zwischen der Zylindermittelachse 4 und einer
Verbindungslinie 15 der beiden Auslaßventile 3, 3' bzw. deren
Ventiltellermittelpunkte 16, 16' plaziert.
Fig. 2 zeigt den Teilschnitt B-B eines Zylinderkopfes 1 gemäß
Fig. 6. Zwischen den beiden Auslaßventilen 3, 3' ist die
Zündkerze 7 bzw. ihre Aufnahme innerhalb des Zylinderkopfes 1
angeordnet. Angrenzend an einen jeweiligen
Ventilschaft 18, 18' der Auslaßventile 3, 3' sind zum einen
mehrere Kühlmittelkanäle 17-17''' für die Auslaßventile 3, 3'
sowie Kühlmittelkanäle 10, 10' für die Zündkerze 7 vorgesehen.
Die Kühlmittelkanäle 10, 10' verlaufen hierbei innerhalb einer
Brennraumdachwand 11. Die Brennraumdachwand 11 wird durch
einen Zündkerzenschacht 27 und den jeweiligen
Auslaßkanal 26, 26' gebildet. In dieser Schnittdarstellung
verlaufen die Kühlmittelkanäle 10, 10' in etwa senkrecht zur
Bildebene und auf mittlerer Höhe zwischen einer Sitzfläche und
einer Brennraum-Elektrode der Zündkerze 7. Der Durchmesser der
Kühlmittelkanäle 10, 10' beträgt in etwa 3 mm bis 7 mm.
In Fig. 3 ist mit 19 ein aufgeteilter Kühlmittelzulauf
auslaßseitig und ein aufgeteilter Kühlmittelzulauf 19'
einlaßseitig bezeichnet. Der auslaßseitige Kühlmittelzulauf 19
steht hierbei mit mehreren Verbindungskanälen 22-22" in
Durchflußverbindung, die einen ersten Kühlmittelraum bzw.
Primärkühlmittelraum 20 und einen zweiten Kühlmittelraum bzw.
Sekundärkühlmittelraum 21 verbinden. Sowohl der auslaßseitige
Kühlmittelzulauf 19 als auch die Verbindungskanäle 22-22"
befinden sich hierbei im Bereich der beiden
Auslaßventile 3, 3' bzw. deren Auslaßkanäle.
Der Kühlmittelmantel des Zylinderkopfs 1 wird aus dem
Primärkühlmittelraum 20 und dem Sekundärkühlmittelraum 21
gebildet. Diese stehen über die Verbindungskanäle 22-22"
und/oder über sonstige Kühlmittelkanäle in
Durchflußverbindung. Das Kühlmittel tritt über den
aufgeteilten auslaßseitigen Kühlmittelzulauf 19 und den
aufgeteilten einlaßseitigen Kühlmittelzulauf 19' in den
Zylinderkopf 1 ein. Auf der Auslaßseite tritt das Kühlmittel
vom Primärkühlmittelraum 20 über Verbindungskanäle 22-22" in
den Sekundärkühlmittelraum 21. Einlaßseitig tritt das
Kühlmittel direkt in den Sekundärkühlmittelraum 21.
Verschiedene Teilströme werden dabei im
Sekundärkühlmittelraum 21 gesammelt und in Motorlängsrichtung
zum ersten Zylinder hin abgesaugt.
Zur Kühlung der Zündkerze 7 sind neben den beidseitigen
Kühlmittelkanälen 10, 10' zusätzlich die Verbindungskanäle 22-
22" vorgesehen, die entsprechend der erforderlichen
Teilströme in Durchflußverbindung mit den
Kühlmittelkanälen 10, 10' stehen.
Dabei ist zu beachten, daß auf Grund der geforderten
Strömungsrichtung im Sekundärkühlmittelraum 21 ein
Druckgefälle vom vierten zum ersten Zylinder vorhanden sein
muß. Dieses Druckgefälle wird durch Querschnittsverengungen
innerhalb der Verbindungskanäle 22-22" bzw. innerhalb von
Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse und
Zylinderkopf gewährleistet.
Fig. 4 zeigt den Schnitt C-C gemäß Fig. 3. Einlaßseitig,
also links, ist der Sekundärkühlmittelraum 21 mit dem
einlaßseitigen Kühlmittelzulauf 19' vorgesehen. Auslaßseitig
ist der Kühlmittelkanal 10 für die Zündkerze sowie der daran
anschließende Primärkühlmittelraum 20 mit dem zugehörigen
Verbindungskanal 22 dargestellt. Der Kühlmittelkanal 10
verläuft hierbei zur Auslaßseite hin abfallend und schneidet
bzw. durchquert den Primärkühlmittelraum 20 unterhalb des
anschließenden Verbindungskanals 22.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt D-D gemäß Fig. 3. Einlaßseitig
befindet sich der Sekundärkühlmittelraum 21. Auslaßseitig sind
oberhalb des Primärkühlmittelraums 20 zwei
Verbindungskanäle 22, 22' in ihrer jeweiligen Schnittfläche
dargestellt.
Fig. 6 zeigt die Anordnung der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 und der Zündkerze 7 von der
Seite. Die Mittelachse 8 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6
ist hierbei um den Abstand d zur Zylindermittelachse 4 nach
links versetzt. Der Abstand d beträgt hierbei zwischen 0,5 mm
und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen
5 mm und 8 mm. Die Zündkerze 7 im Bereich des Auslaßkanals 26
auf der der Zylindermittelachse 4 gegenüberliegenden Seite ist
gegenüber dieser geneigt verlaufend angeordnet, so daß sich
zwischen Zylindermittelachse 4 und Zündkerze 7 bzw. deren
Mittelachse ein Winkel zwischen 30° und 40° ergibt.
Der Schacht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung t verläuft
angrenzend an einen Einlaßkanal 25 und wird durch ein
eingeführtes dünnwandiges Rohr gebildet und nach außen durch
eine Dichtung gedichtet.
Die Zündkerze 7 bzw. deren Elektrode 23 ist hierbei direkt
neben einem Kraftstoffstrahl 24 der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 bzw. neben der Mantelfläche
des Kraftstoffstrahls 24 positioniert.
Claims (10)
1. Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem zwei
Ein- (2, 2') und zwei Auslaßventile (3, 3') aufweisenden,
koaxial zu einer Zylindermittelachse (4) angeordneten
Brennraumdach (5) mit einer in etwa parallel hierzu
angeordneten Mittelachse (8) einer
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) und einer seitlich davon
angeordneten Zündkerze (7),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelachse (8) der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6)
zwischen den Einlaßventilen (2, 2'), auf einer
Senkrechten (14) zur Zylindermittelachse (4), mit Abstand d
zur Zylindermittelachse (4) angeordnet ist.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand d zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere
zwischen 2 mm und 5 mm oder zwischen 5 mm und 8 mm, beträgt.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) zwischen
Zylindermittelachse (4) und den beiden Einlaßventilen (2, 2')
und die Zündkerze (7) zwischen der Zylindermittelachse (4) und
den beiden Auslaßventilen (3, 3') mit Bezug auf die
Zylindermittelachse (4) zwischen 30° und 40° geneigt
verlaufend angeordnet ist.
4. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des Brennraumdachs (5), im Bereich der
Zündkerze (7) mindestens ein Kühlmittelkanal (10) für die
Zündkerze (7) vorgesehen ist.
5. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelkanal (10) in einer Brennraumdachwand (11)
zwischen dem jeweiligen Auslaßkanal (26, 26') und der
Zündkerze (7) vorgesehen ist.
6. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlmittelkanal (10) über mindestens einen
Verbindungskanal (22) mit mindestens einem ersten
Kühlmittelraum (20) und/oder einem zweiten Kühlmittelraum (21)
in Durchflußverbindung steht.
7. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine mit Abstand d zur Zylindermittelachse (4)
in Richtung der Einlaßventile (2, 2') versetzt angeordnete
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) vorgesehen und der
Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) mindestens eine zwischen
den Auslaßventilen (3, 3') angeordnete Zündkerze (7)
zugeordnet ist, wobei der Zündkerze (7) innerhalb der
Brennraumdachwand (11) zwischen dem jeweiligen
Auslaßkanal (26, 26') und der Zündkerze (7) mindestens ein
Kühlmittelkanal (10) zugeordnet ist.
8. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Druckgefälle durch Querschnittsverengungen innerhalb
der Verbindungskanäle (22-22") bzw. innerhalb von
Übertrittsquerschnitten zwischen Kurbelgehäuse und
Zylinderkopf vorhanden ist.
9. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) ein als Dom
ausgebildeter, bis unterhalb einer Auslaßnockenwelle
reichender Gußschacht vorgesehen ist, der als Verlängerung
nach oben ein dünnwandiges Rohr in etwa koaxial aufnimmt,
wobei das dünnwandige Rohr an der Zylinderkopfoberseite eine
Dichtung zum Zylinderkopf oder einem Deckel aufweist.
10. Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventildeckelfläche zur Zylindermittelachse (4) geneigt
verlaufend, zwei Nockenwellenachsen schneidend ausgebildet ist
und die Nockenwellenlagerdeckel in den Ventildeckel einteilig
integriert sind.
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DE10060682A DE10060682B4 (de) | 2000-12-07 | 2000-12-07 | Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine |
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DE10060682B4 DE10060682B4 (de) | 2013-11-28 |
Family
ID=7666035
Family Applications (1)
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