DE102005050508A1

DE102005050508A1 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005050508A1
Application number: DE102005050508A
Authority: DE
Inventors: Gerald Seywald; Jürgen Dr. Fischer; Erik Dr. Schünemann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-04-26

Abstract

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Frischgaseinlasskanal (2), in dem ein erstes Strömungsleitelement (3) angeordnet ist, das den Frischgaseinlasskanal (2) zumindest abschnittsweise in einen ersten und einen zweiten separaten Einlasskanal (4, 5) unterteilt, wobei ein zweites, von einem Stellelement (6) verschwenkbares Strömungselement (7) vorgesehen ist, mit dem ein Strömungsquerschnitt des ersten oder zweiten Einlasskanals (4, 5) veränderbar ist, und wobei das Stellelement (6) weitgehend im Zylinderkopf (1) angeordnet und das zweite Strömungsleitelement (7) weitgehend spalt- und stufenfrei in den Zylinderkopf (1) versenkbar ist. DOLLAR A Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sind die Strömungsverluste bei einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine minimiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Sie geht von dem deutschen Patent DE 101 28 500 C1 aus. In diesem ist ein Strömungsleitsystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen beschrieben. Das Strömungsleitsystem besteht im Wesentlichen aus einem Strömungsleitblech, welches sich von der Sauganlage bis in den Zylinderkopf, knapp vor die Einlassventile erstreckt. Das Strömungsleitblech teilt den Einlasskanal in einen geodätisch obenliegenden und einen geodätisch untenliegenden separaten Kanal. Ferner ist ein mit einer Antriebswelle schwenkbar angeordnetes zweites Strömungsleitblech vorgesehen, welches in einer ersten Stellung den geodätisch untenliegenden Kanal verschließt und in einer zweiten Stellung den geodätisch untenliegenden Kanal öffnet. Ist der geodätisch untenliegende Kanal geschlossen, so strömt die gesamte Ansaugluft durch den geodätisch obenliegenden Ansaugkanal. Durch diese Maßnahme wird eine starke Tumble-Strömung im Zylinder bewirkt, die das Brennverhalten der Brennkraftmaschine deutlich verbessert. Die Antriebswelle durchquert bei der beschriebenen Anordnung den Einlasskanal.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausgestaltung ist der relativ große Strömungswiderstand für die angesaugte Frischluft im Einlasskanal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, die den Strömungswiderstand in dem Einlasskanal verringert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, dass das Stellelement weitgehend im Zylinderkopf angeordnet und das zweite Strömungsleitelement weitgehend spalt- und stufenfrei in den Zylinderkopf versenkbar ist.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der nahezu vollständigen Versenkbarkeit des verstellbaren zweiten Strömungsleitelementes im Zylinderkopf. Dadurch entsteht in der Volllast und bei höheren Drehzahlen kein Füllungs- und somit kein Leistungsnachteil. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kann die Ladungsbewegung dem Betriebspunkt individuell angepasst werden, so dass entsprechend viel Turbulenz und Ladungsbewegung erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der nahen Anordnung von dem ersten und dem zweiten Strömungsleitelement an den Gaswechseleinlassventilen. Hierdurch wird eine lange Führung der angesaugten Frischluft mit den dadurch verbundenen höheren Strömungsverlusten vermieden. Zusätzlich ist die Wirksamkeit der Strömungsumlenkung und -führung deutlich verbessert.

Durch die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird der Strömungswiderstand im Frischgaseinlasskanal nochmals verringert.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine bevorzugte Ausgestaltung des zweiten Strömungsleitelementes.

In vorteilhafter Weise kann das zweite Strömungsleitelement gemäß Patentanspruch 4 elektromechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen werden.

Die Ausgestaltung des Stellelementes als Stellwelle gem. Patentanspruch 5 ist eine einfach zu fertigende und kostengünstige Ausführung.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 gestattet die bestmögliche Einstellung des zweiten Strömungsleitelementes entsprechend der im Frischgaseinlasskanal vorherrschenden Strömung.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in drei Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Schnitt durch einen Frischgaseinlasskanal mit einem in den Zylinderkopf versenkten zweiten Strömungsleitelement.
2 zeigt den gleichen Schnitt wie 1 mit einem nicht in den Zylinderkopf versenkten zweiten Strömungsleitelement.
3 zeigt die Aufsicht auf einen dreidimensional, transparent dargestellten Zylinderkopf mit einem zweiten Strömungsleitelement.
In den 1–3 gelten für gleiche Bauteile stets die gleichen Bezugsziffern.
Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Schnitt durch einen Frischgaseinlasskanal 2 in einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Zylinderkopf 1 je Zylinder vier Gaswechselventile auf. Erkennbar ist in beiden Figuren jeweils ein Gaswechseleinlassventil 8 und ein diesem gegenüber liegendes Gaswechselauslassventil 9 in einem nicht bezifferten Abgasauslasskanal. Das Gaswechseleinlassventil 8 ist geöffnet, das Gaswechselauslassventil 9 ist ge schlossen. In etwa mittig zwischen den Gaswechselventilen sind wie in 3 erkennbar, ein Brennstoffeinspritzventil 10 sowie eine Zündeinrichtung 11 angeordnet. Mit dem Gaswechseleinlassventil 8 kann brennraumseitig ein Frischgaseinlasskanal 2 gegen einen nicht bezifferten Brennraum abgedichtet werden. Angesaugte Frischluft im Frischgaseinlasskanal 2 sowie im Brennraum ist mit Pfeifen schematisch dargestellt.
In etwa mittig im Frischgaseinlasskanal 2 befindet sich ein erstes Strömungsleitelement 3, das sich hauptsächlich in Richtung einer Haupteinströmrichtung von angesaugter Frischluft erstreckt. Das erste Strömungsleitelement 3 teilt den Frischgaseinlasskanal 2 in einen ersten, geodätisch oben angeordneten Einlasskanal 4 sowie in einen geodätisch darunterliegenden zweiten Einlasskanal 5. Im Bereich des dem Gaswechseleinlassventil 8 abgewandten Ende des ersten Strömungsleitelementes 3 ist ein zweites Strömungsleitelement 7 angeordnet. Das zweite Strömungsleitelement 7 ist von einem Stellelement 6, einer Hohlwelle, an der das zweite Strömungsleitelement 3 ortsfest angeordnet ist, verschwenkbar. Erfindungsgemäß befindet sich das Stellelement 6 nahezu vollständig in dem Zylinderkopf 1. Das zweite Strömungsleitelement 7 ist in 1 spalt- und stufenfrei in den Zylinderkopf 1 versenkt.
Dem gegenüber ist das zweite Strömungsleitelement 7 in 2 nicht in den Zylinderkopf 1 abgesenkt, sondern in Richtung des ersten Strömungsleitelementes 3 herausgeschwenkt. Während in 1 Frischgas durch den ersten Einlasskanal 4 und den zweiten Einlasskanal 5 in Richtung des Brennraumes der Brennkraftmaschine gesaugt wird, wird das Frischgas in der zweiten Stellung des zweiten Strömungsleitelementes 7 fast vollständig nur durch den ersten Einlasskanal 4 in den Brennraum gesaugt. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht nur für Saugmotoren Verwendung finden, sondern ebenso für Brennkraftmaschinen mit Aufladung und/oder Saugrohreinspritzung.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite Strömungsleitelement 3, 7 jeweils aus Blech geformt, sie können jedoch auch aus Kunststoff oder Metall, beispielsweise in Spritzgusstechnik oder einem Tiefziehverfahren hergestellt werden. In vorteilhafter Weise verfügt das Stellelement 6 im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen elektromechanischen Antrieb, der jedoch auch durch ein hydraulisches oder pneumatisches Antriebssystem ersetzt werden kann. In vorteilhafter Weise ist das zweite Strömungsleitelement 7 weitgehend stufenlos verschwenkbar, jedoch sind auch Rasteinstellungen möglich. Das zweite Strömungsleitelement 7 kann mit dem Stellelement 6 stoffschlüssig, d. h. verschraubt, verschweißt, verlötet etc, oder formschlüssig, d. h. beispielsweise mittels einer Steckverbindung, ortsfest verbunden sein.
3 zeigt nochmals die erfindungsgemäße Ausgestaltung in einem dreidimensional dargestellten, transparenten Zylinderkopf 1. Der Zylinderkopf 1 ist für eine Vierventil-Brennkraftmaschine vorgesehen, mit jeweils zwei Gaswechseleinlassventilen 8 sowie zwei Gaswechselauslassventilen 9. Zwischen den Gaswechselventilen sind das Brennstoffeinspritzventil 10 sowie die Zündeinrichtung 11 angeordnet. Mit einer feinen strichpunktierten Linie ist eine Einlasskontur des Frischgaseinlasskanals 2 dargestellt. In dem Frischgaseinlasskanal 1 sind das erste Strömungsleitelement 3 sowie das aus dem Zylinderkopf 1 heraus geschwenkte zweite Strömungsleitelement 7 angeordnet. Das Stellelement 6 ist als Rundstab dargestellt, das mittels einer nicht dargestellten Stellvorrichtung stufenlos verdreht wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Verschwenkung des zweiten Strömungsleitelementes 7 stufenlos, jedoch ist auch eine gestufte Verschwenkung wie beispielsweise mittels eines Schrittmotors möglich.
Durch die Möglichkeit, den Grad der Ladungsbewegung stufenlos einzustellen, ist es möglich, den Grad der benötigten Ladungsbewegung für ein stabi les Brennverfahren zu ermitteln. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung liegt in der nahezu vollständigen Versenkbarkeit des zweiten Strömungsleitelementes 7 in dem Zylinderkopf 1 und der Anordnung des Stellelementes 6 weitgehend im Zylinderkopf 1. Dadurch entsteht in der Volllast der Brennkraftmaschine und bei höheren Drehzahlen kein Füllungs- und somit kein Leistungsnachteil. Für den Teillastbetrieb und der Volllast bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine kann die Ladungsbewegung dem Betriebspunkt individuell angepasst werden, so dass entsprechend viel Turbulenz und Ladungsbewegung erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil besteht in der nahen Anordnung der Versteileinrichtung zu den Gaswechseleinlassventilen 8. Hierdurch wird eine lange Führung des angesaugten Frischgases mit den dadurch verbundenen höheren Strömungsverlusten vermieden. Zusätzlich ist die Wirksamkeit der Strömungsumlenkung bzw. Führung gegenüber dem bekannten Stand der Technik deutlich verbessert.

1: Zylinderkopf
2: Frischgaseinlasskanal
3: erstes Strömungsleitelement
4: erster Einlasskanal
5: zweiter Einlasskanal
6: Stellelement
7: zweites Strömungsleitelement
8: Gaswechseleinlassventil
9: Gaswechselauslassventil
10: Brennstoffeinspritzventil
11: Zündeinrichtung

Claims

Zylinderkopf (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Frischgaseinlasskanal (2) in dem ein erstes Strömungsleitelement (3) angeordnet ist, das den Frischgaseinlasskanal (2) zumindest abschnittsweise in einen ersten und einen zweiten separaten Einlasskanal (4, 5) unterteilt, wobei ein zweites, von einem Stellelement (6) verschwenkbares Strömungsleitelement (7) vorgesehen ist, mit dem ein Strömungsquerschnitt des ersten oder zweiten Einlasskanals (4, 5) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) weitgehend im Zylinderkopf (1) angeordnet und das zweite Strömungsleitelement (7) weitgehend spalt- und stufenfrei in den Zylinderkopf (1) versenkbar ist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1, wobei der Frischgaseinlasskanal (1) eine strömungsoptimierte Einlasskontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Frischgaseinlasskanal (1) zugewandte Oberfläche des zweiten Strömungsleitelementes (7) zumindest abschnittsweise die Einlasskontur aufweist.
Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Strömungsleitelement (7) quer zu einer Haupteinströmrichtung ein weitgehend U-förmig ausgebildetes Strömungsleitblech ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) über einen elektromechanischen oder hydraulischen oder pneumatischen Antrieb verfügt.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) eine weitgehend senkrecht zur Haupteinströmrichtung ausgerichtete Stellwelle ist, an der das zweite Strömungsleitelement (7) ortsfest angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Strömungsleitelement (7) weitgehend stufenlos verschwenkbar ist.