DE1038832B

DE1038832B - Cylinder head for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1038832B
Application number: DEM23978A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Vogel; Horst Lachmann
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1954-07-31
Filing date: 1954-07-31
Publication date: 1958-09-11

Description

Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennkra.ftmaschinen-Zylinderkopf mit außermittig angeordnetem Einlaßventil und mit einer eine kreisende Strömung im Arbeitszylinder hervorrufenden Ausbildung des Einlaßkanals. Sie bezweckt, eine möglichst große. Drehgeschwindigkeit der Ladung zu erzielen sowie die Möglichkeit zu schaffen,, die Drehgeschwindigkeit der Ladung an das jeweilige Verbrennungsverfahren und/oder andere motorische Gegebenheiten anpassen zu können, ohne daß dabei Nachteile, wie schlechter Füllungsgrad, hoher Produktionsaufwand und ungünstiges Betriebsverhalten in Kauf genommen werden müssen.Cylinder head for internal combustion engines The invention relates to a combustion engine cylinder head with an eccentrically arranged inlet valve and with a training causing a circular flow in the working cylinder of the inlet duct. It aims to be as large as possible. Speed of rotation of the load to achieve as well as the ability to create, the rotational speed of the cargo to the respective combustion process and / or other engine conditions to be able to adapt, without disadvantages, such as poor filling level, higher Production costs and unfavorable operating behavior have to be accepted.

Bei außermittig angeordneten Einlaßventilen kann die Erzeugung einer kreisenden Strömung der Ladung im Zylinder immer nur auf einer Asymmetrie der durch den Ventilspalt austretenden Stromfäden, bezogen auf den die Ventilachse schneidenden Zylinderradius, beruhen. Wenn zwecks Erreichung einer guten Füllung der gesamte Ven.tilspaltduerschnitt ausgenutzt werden soll, also keine teilweise Versperrung stattfinden soll, so kann diese Asymmetrie nur durch eine von der Richtung des Ventilradius abweichende, d. h. schräge Durchstr5mung des Ventilspaltes bewirkt werden. Die günstigste Strömungsrichtung wird dabei für verschiedene Punkte des Ventilumfanges verschieden seit. Im ganzen gesehen wird ein Bestwert dann erreicht werden, wenn für jeden einzelnen Punkt des Ventilumfangs der diesem Punkte eigentümliche, bestmögliche. Strömungseffekt erzielt wird.In the case of off-center inlet valves, the generation of a circling flow of the charge in the cylinder is always based on an asymmetry of the through The flow filaments exiting the valve gap, based on the one intersecting the valve axis Cylinder radius, are based. If in order to achieve a good filling the whole Valve gap should be used, i.e. no partial blockage Should take place, this asymmetry can only be determined by one of the direction of the valve radius deviating, d. H. inclined flow through the valve gap can be effected. The cheapest The direction of flow is different for different points on the valve circumference since. On the whole, a best value will be achieved if for each individual Point of the valve circumference of the best possible peculiar to this point. Flow effect is achieved.

Bei der Feststellung der günstigsten Strömungsrichtung für einzelne Punkte des Ventilumfanges darf angenommen werden, daß über den Ventil-Umfang annähernd gleiches Druckgefälle im Ventilspalt herrscht; damit kann annäherungsweise die Strömungsgeschwindigkeit (darstellbar durch die Länge eines Vektors) und auch die Dichte der aus dem Ventilspalt austretenden Luft als über den Ventilumfang gleichbleibend angenommen werden.When determining the most favorable flow direction for individual Points of the valve circumference may be assumed to be approximately over the valve circumference the same pressure gradient prevails in the valve gap; this can approximate the flow velocity (can be represented by the length of a vector) and also the density of the valve gap exiting air can be assumed to be constant over the valve circumference.

Diese- Verhältnisse sind in den, Fig. 1 und 2 schema,tisc:h. veranschaulicht und werden vorweg am besten an Hand dieser Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt im Grundriß den Zylinder 1 einer Verbrennungskraftmaschine mit dem außermittig angeordneten Ventil 2-, der Abstand der Ventilachse von der Zylinderachse ist mit e bezeichnet, der Radius des Ventiltellers mit r, der Abstand eines Punktes x des Ventilumfanges von der Zylinderachse mit a. Die Lage eines Punktes x auf denn Ventilumfang ist durch den Winkel a festgelegt. Die Projektion des im Raume liegenden Geschwindigkeitsvektors V (Fig. 2) bei achsparalleler Anordnung des Ventils in die zur Zylinderachse senkrechte Ventileinlaßebene (hier Zeichnungsebene) ist mit VP bezeichnet, wobei die Geschwindigkeitskomponenten von VP, bezogen auf die Zylinderachse, als Mittenachse durch VR (radial) und VT (tangential), bezogen auf die Ventilachse, als Mittenachse durch VS (radial) und ITU (tangential) gegeben sind.These ratios are shown in FIGS. 1 and 2 schema, table: h. and are best explained in advance with reference to these drawings: Fig. 1 shows in plan the cylinder 1 of an internal combustion engine with the eccentrically arranged valve 2-, the distance of the valve axis from the cylinder axis is denoted by e, the radius of the valve disk with r , the distance of a point x on the valve circumference from the cylinder axis with a. The position of a point x on the valve circumference is determined by the angle a. The projection of the spatial velocity vector V (Fig. 2) with an axially parallel arrangement of the valve in the valve inlet plane perpendicular to the cylinder axis (here the plane of the drawing) is denoted by VP, with the velocity components of VP, based on the cylinder axis, as the center axis through VR (radial ) and VT (tangential), based on the valve axis, are given as the center axis by VS (radial) and ITU (tangential).

Fig. 2 zeigt perspektivisch das Bild des Vektors V im Raum, wobei hinsichtlich der Projektion in die \Tentileinlaßebene (hier Zeichenebene) dieselben Bezeichnungen wie in Fig. 1 verwendet sind. Mit hX ist die Projektion des Geschwindigkeitsvektors V auf die Meridianebene des Ventils, mit VA die Geschwind.igkeitskomponente parallel zur Zylinderachse bezeichnet. Die Bedeutung der eingezeichneten Winkel y, y', und x wird später noch erläutert.FIG. 2 shows in perspective the image of the vector V in space, the same designations being used as in FIG. 1 with regard to the projection into the valve inlet plane (here the plane of the drawing). The projection of the speed vector V onto the meridional plane of the valve is designated by hX, and the speed component parallel to the cylinder axis is designated by VA. The meaning of the drawn angles y, y ', and x will be explained later.

Der Anteil am insgesamt im Zylinder erzeugten Drall, der durch den am Punkt x des Ventilumfanges austretenden Luftmengenanteil erzeugt wird, ist als Moment der Bewegungsgröße in bezug. auf die Zylinderachse als Mittenachse bei Annahme einer über den Ventilumfang gleichbleibenden Dichte o der austretenden Luft eine Funktion: 1. des Abstandes a des Punktes x von der Zylinderachse. der durch den Abstand e der Ventilachse von der Zvlin.derachse, den Radius r des Ventiltellers und den Winkel a geometrisch eindeutig bestimmt ist, 2. der Umfangskomponente ITT der Geschwindigkeit im gewünschten Drehsinn.The proportion of the total swirl generated in the cylinder, which is generated by the amount of air exiting at point x of the valve circumference, is referred to as the moment of the movement variable. on the cylinder axis as the center axis assuming a constant density o of the exiting air over the valve circumference: 1. the distance a of the point x from the cylinder axis. which is geometrically clearly determined by the distance e of the valve axis from the Zvlin.derachse, the radius r of the valve disk and the angle a, 2. the circumferential component ITT of the speed in the desired direction of rotation.

Das heißt also: Drallanteil im Punkte x = O # a # VT. Die Geschwindigkeitskomponente VA in Richtung parallel zur Zylinderachse ist für die Füllung des Zvlinders maßgebend, während die Rad.ialkomponente VR weder den Drall noch die Füllung beeinflußt, also einen reinen Verlust darstellt.That means: twist component at point x = O # a # VT. The speed component VA in the direction parallel to the cylinder axis is decisive for the filling of the cylinder, while the radial component VR influences neither the twist nor the filling, i.e. represents a pure loss.

Zwecks Erreichung eines möglichst großen Dralls ist anzustreben, daß dem Geschwindigkeitsvektor V in jedem beliebigen Punkte x des Ventilumfanges eine solche Richtung gegeben wird, daß seine Projektion L'p in die Ventileinlaßebene im beabsichtigten Drehsinn in die zum zugehörigen Zylinderradius senkrechte Richtung fällt, d. h., daß VP - VT, oder y = ;,' wird. In diesem Falle wird keine Ra.dialkomponente auftreten, VR also Null sein. Dieser Idealfall kann jedoch nur in einem begrenzten. Bereich des Ventilumfanges erreicht werden, und zwar nur in dem Bereich, in dem die erwünschte Richtung der Geschwindigkeitskomponente VT um einen Winkel ;# vom Ventilradius abweicht; dieser Winkel y darf dabei nicht größer als ein bestimmter Grenzwert y'max sein, welcher dadurch bedingt ist, daß bei der Durchströmung des Ventilspaltes stets eine Komponente Vs in Richtung des Ventilradius vorhanden sein muß. Die obige Forderung ist daher dahingehend einzuschränken. daß anzustreben ist, dem Geschwindigkeitsvektor V in jedem Punkte des Ventilumfangs eine solche Richtung zu geben, daß seine Projektion VP im gewünschten Drehsinn in die Ventileinlaßebene um einen möglichst kleinen Winkel von der Richtung senkrecht zum zugehörigen Zylinderradius abweicht; die auftretende Radialkomponente VR wird dadurch in der gewünschten Weise möglichst klein. Für denjenigen Umfangsbereich, an dem ein Zusammenfallen von VP mit der günstigsten Richtung nicht zu erreichen ist, bedeutet das, daß VP um den größten erreichbaren Winkel y'"", vom Ventilradius abweichen soll. Ist der Abstand e größer als der Radius r des Ventiltellers bzw. des Öffnungsquerschnittes in der Ventileinlaßebene, dann zerfällt dieser Bereich in zwei Bereiche, je nachdem, nach welcher Seite des Ventilradius die Projektion VP des Geschwindigkeitsvektors vom Ventilradius r abweichen muß, um eine möglichst kleine Radialkomponente VR zu ergeben. Die Grenze zwischen diesen beiden Bereichen liegt, wie aus der noch zu erläuternden Fig.3 zu ersehen, an demjenigen Punkt des Ventilumfangs, an dem der zugehörige Zylinderradius Tangente ist. Dieser Punkt ist in Fig.3 mit L' bezeichnet. In diesem Punkte müßte die Richtung des Vektors sprunghaft von + y'rnax auf - y'max umschwenken, was aus leicht einzusehenden Gründen nicht möglich ist. Es wird daher ein Ausgleich in Form eines allmählichen Übergangs in Kauf genommen werden müssen, wenn man diesen Bereich nicht unter Aufgabe eines gewissen Füllungsanteils überhaupt durch ein Sperrelement ausschalten will. Der durch die in diesem Bereich durchströmenden Luftanteile erzeugte Drallanteil ist, wie aus Fig. 3 zu ersehen, dem gewünschten Drehsinn entgegengesetzt gerichtet, wenn er auch verhältnismäßig klein ist; der Luftanteil als solcher ist dagegen verhältnismäßig groß.In order to achieve the greatest possible swirl, the aim is to give the velocity vector V at any point x on the valve circumference such a direction that its projection L'p into the valve inlet plane falls in the direction perpendicular to the associated cylinder radius in the intended direction of rotation, that is to say that VP - VT, or y =;, 'becomes. In this case, no radial component will occur, i.e. VR will be zero. However, this ideal case can only be limited to a limited extent. Area of the valve circumference can be achieved, specifically only in the area in which the desired direction of the velocity component VT deviates by an angle; # from the valve radius; this angle y must not be greater than a certain limit value y'max, which is due to the fact that a component Vs must always be present in the direction of the valve radius when the air flows through the valve gap. The above requirement must therefore be restricted to this effect. that the aim is to give the velocity vector V at each point of the valve circumference such a direction that its projection VP in the desired direction of rotation in the valve inlet plane deviates by as small an angle as possible from the direction perpendicular to the associated cylinder radius; the radial component VR that occurs is thereby as small as possible in the desired manner. For that circumferential area at which VP coincides with the most favorable direction cannot be achieved, this means that VP should deviate from the valve radius by the greatest achievable angle y ′ ″ ″. If the distance e is greater than the radius r of the valve disk or the opening cross-section in the valve inlet plane, then this area is divided into two areas, depending on which side of the valve radius the projection VP of the velocity vector has to deviate from the valve radius r by the smallest possible Radial component VR to result. As can be seen from FIG. 3, which is still to be explained, the boundary between these two areas lies at that point on the valve circumference at which the associated cylinder radius is tangent. This point is denoted by L 'in FIG. At this point the direction of the vector would have to change abruptly from + y'rnax to - y'max, which is not possible for reasons that are easy to understand. Compensation in the form of a gradual transition will therefore have to be accepted if one does not want to switch off this area at all with a blocking element while relinquishing a certain amount of filling. As can be seen from FIG. 3, the twist component generated by the air components flowing through in this area is directed in the opposite direction to the desired direction of rotation, even if it is relatively small; the proportion of air as such is, however, relatively large.

Bei gleichbleibender Größe des Geschwindigkeitsvektors l' im Raum ist nun das Verhältnis der den Drall und die Füllung bestimmenden Komponenten VP und L'A durch den Winkel 21 zwischen dem Geschwindigkeitsvektor V und seiner Projektion VP in die Ventileinlaßebene bestimmt. je flacher dieser Winkel, um so größer VP bzw. VT, d. h. der Drall, und um so kleiner VA, d. h. die Füllung, und umgekehrt. Im Ganzen gesehen wird jeweils ein Bestwert dann erreicht werden, wenn die arithmetische Summe der beiden Komponenten VP und VA ein Bestwert ist, d. h. wenn ?i = 45° ist. Damit ergibt sich aber, daß angestrebt werden muß, die beiden Komponenten VP und VA über den ganzen Ventilumfang möglichst konstant gleich groß zu machen. Für diesen Fall ist die Projektion des Winkels 17 in die Meridianehme des Ventils, die in Fig. 2 mit x bezeichnet ist, stets größer als 45° und im Grenzfall, d. h. wenn y'= 0, wird x = 45°. Der Winkel x ist also, um jeweils den günstigsten Drall zu bekommen, immer größer als 45° und in Abhängigkeit vom Winkel j , um den VP von der Richtung des Ventilradius abweicht, veränderlich zu wählen, oder: je größer y' ist, um so größer soll jeweils x sein.With a constant size of the velocity vector l 'in space, the ratio of the components VP and L'A which determine the swirl and the filling is now determined by the angle 21 between the velocity vector V and its projection VP into the valve inlet plane. the flatter this angle, the greater VP or VT, ie the twist, and the smaller VA, ie the filling, and vice versa. On the whole, a best value will be achieved in each case when the arithmetic sum of the two components VP and VA is a best value, ie when? I = 45 °. However, this means that the aim must be to make the two components VP and VA as constant as possible over the entire circumference of the valve. In this case, the projection of the angle 17 into the meridian of the valve, which is denoted by x in FIG. 2, is always greater than 45 ° and in the limit case, ie when y '= 0, x = 45 °. In order to get the most favorable swirl, the angle x is always greater than 45 ° and depending on the angle j , the VP deviates from the direction of the valve radius, or: the greater y ', the more so x should be greater in each case.

Die erwünschte Vektorverteilung am Umfang eines kreisrunden Ventilöffnungsquerschnittes ist in ihrer Gesamtheit und für verschiedene Umfangspunkte im einzelnen in der bereits erwähnten Fig.3 in die Ventileinlaßehene projiziert aufgetragen. In dieser Figur ist durch die Ventilradien I und II derjenige Bereich abgegrenzt, in dem hei einem angenommenen Winkel y',nax mehr oder weniger vollkommen erreicht wird, daß keine Radialkomponente VR auftritt, daß also ,@ _ ,@' und VP = VT ist. In dem durch die Radien Il und III begrenzten Bereich ist eine Abweichung der Komponente VP von der Richtung des Ventilradius um den Winkel -!- y'",ax nach, der einen Umfangsrichtung, in dem durch die Radien III und I begrenzten Bereich um den Winkel - y'",ax nach der anderen Umfangsrichtung vorgesehen, was in diesen Bereichen möglichst kleine Radialkomponenten VR zur Folge hat. In dem durch die Radien IV und V begrenzten Bereich, d. h. im Bereich des Umkehrpunktes U, läßt sich ein negativer, d. h. dem gewünschten Drehsinn entgegengerichteter Drallanteil nicht vermeiden; derselbe ist jedoch verhältnismäßig klein und, kann notfalls durch Sperrelemente gänzlich ausgeschaltet werden. Die Vektoraufteilung für einen ausgewählten Punkt x des Ventilumfanges in der achsparallelen Ebene, welche um den Winkel y' gegen die Meridianebene des Ventils geneigt ist und die Vektoren l' und VP enthält, ist in Fig. 4 gezeigt, während Fig. 5 die Vektorverteilung für denselben Punkt des Ventilumfanges in der Meridianebene des Ventils darstellt.The desired vector distribution on the circumference of a circular valve opening cross-section is plotted in its entirety and for various circumferential points in detail in the already mentioned FIG. 3 projected into the valve inlet area. In this figure, the valve radii I and II delimit the area in which, at an assumed angle y ', nax, it is more or less completely achieved that no radial component VR occurs, that is,' @ _, @ 'and VP = VT . In the area bounded by the radii II and III, there is a deviation of the component VP from the direction of the valve radius by the angle -! - y '", ax to, the one circumferential direction, in the area bounded by the radii III and I around the Angle - y '", ax provided in the other circumferential direction, which results in the smallest possible radial components VR in these areas. In the area delimited by the radii IV and V, that is to say in the area of the reversal point U, a negative twist component, that is to say counter to the desired direction of rotation, cannot be avoided; however, it is relatively small and, if necessary, can be completely switched off by locking elements. The vector distribution for a selected point x of the valve circumference in the axis-parallel plane, which is inclined by the angle y 'to the meridian plane of the valve and contains the vectors l' and VP, is shown in FIG. 4, while FIG. 5 shows the vector distribution for represents the same point of the valve circumference in the meridian plane of the valve.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine räumliche Ausbildung des Einlaßkanals anzugeben, welche eine Strömung im Ven.tileinlaßquerschnitt herbeiführt, die eine V ektorverteilung nach den vorstehenden Gesichtspunkten gewährleistet.The object of the invention is now to provide a spatial design for the inlet channel indicate, which brings about a flow in the valve inlet cross section, the one V ector distribution guaranteed according to the above aspects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kanal aus einer Richtung in den Raum über dem Einlaßventil einmündet, welche zur Richtung eines den Ventilteller in der Ventileinlaßebene tangierenden bzw. nahezu tangierenden Zylinderradius senkrecht steht, und daß der sich an den Kanal anschließende Strömungsraum über dem Ventil aus zwei kanalartigen Ästen unterschiedlichen Volumens besteht, die in zueinander entgegengesetzten Richtungen um die Ventilachse herum geführt sind und im Durchsatzquerschnitt sich nach dem Ventilsitz hin verjüngend am tiefsten Punkt ihrer oberen Kanalabdeckung ineinander übergehen.This object is achieved in that the channel from one direction opens into the space above the inlet valve, which is the direction one that is tangent or almost tangent to the valve disk in the valve inlet plane Cylinder radius is perpendicular, and that the flow space adjoining the channel consists of two channel-like branches of different volumes above the valve, which are guided around the valve axis in mutually opposite directions and are deepest in the flow cross-section, tapering towards the valve seat Merge point of their upper duct cover.

Versuche haben gezeigt, daß hei Ausbildung eines Einlaßkana,ls nach vorstehender Regel eine höchstmögliche Drehgeschwindigkeit der einströmenden Luft bei gutem Füllungsgrad erreicht wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Einlaßkanal vor dem Raum über dem Einlaßventil langgestreckt und im Querschnitt elliptisch oder oval gestaltet ist, wobei der Oval-Querschnitt vorzugsweise gegen den Ventilsitz hin schmäler gehalten wird als auf der dem Ventilsitz abgelvandten Seite; die große Achse der Querschnittsellipse schließt mit der Ventilachse einen spitzen Winkel ein. Die tiefste Stelle, wo die vorerwähnten kanalartigen Äste sich treffen bzw. ineinander übergehen, liegt. bezogen auf den durch die Ventilachse gehenden Zylinderradius, spiegelbildlich zu der Stelle, wo der Einlaßka.nal in den Raum über dem Einlaßventil einmündet, d. h. also an der zweiten möglichen Stelle, wo ein Zylinderradius den Ventilteller in der Ventilauslaßebene tangiert.Experiments have shown that the formation of an inlet channel, ls after the rule above, a maximum possible rotational speed of the inflowing air is achieved with a good degree of filling. It is particularly advantageous if the inlet channel elongated in front of the space above the inlet valve and elliptical or in cross section Is designed oval, the oval cross-section preferably against the valve seat is kept narrower than on the side facing away from the valve seat; the size The axis of the cross-sectional ellipse forms an acute angle with the valve axis a. The deepest point where the aforementioned canal-like branches meet or merge into each other, lies. based on the Valve axis going cylinder radius, mirror image of the point where the inlet channel into the Space opens above the inlet valve, d. H. so in the second possible place, where a cylinder radius is tangent to the valve disk in the valve outlet plane.

Weitere wichtige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, worin die Erfindung an Hand der weiteren Fig. 6 bis 14 in ihrer praktischen Verwirklichung beispielsweise erläutert ist. Hierbei zeigt Fig. 6 eineAusführungsform des erfindungsgemäßen Einlaßkanals im Grundriß, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie A-B in. Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie C-D in Fig. 6, Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie E-F in Fig. 6, Fig.10 eine abgeänderte Ausführungsform des Einlaßkanals mit darin eingesetzten. Leitblechen, Fig. 11 eine Ausführungsform der Ventilführung, teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht, Fig. 12 eine andere Ausführungsform der Ventilführung in der gleichen Darsteillungsweise: wie in Fig. 11.Further important features of the invention emerge from the following Description in which the invention with reference to the further FIGS. 6 to 14 in its practical Realization is explained for example. Here, Fig. 6 shows an embodiment of the inlet channel according to the invention in plan, FIG. 7 is a section along the line A-B in Fig. 6, Fig. 8 a section along the line C-D in Fig. 6, Fig. 9 a Section along the line E-F in Fig. 6, Fig.10 a modified embodiment of the Inlet channel with inserted therein. Baffles, Fig. 11 an embodiment of the Valve guide, partly in section and partly in view, Fig. 12 is another Embodiment of the valve guide in the same way of representation: as in Fig. 11.

Fig.13 einen Schnitt durch einen Ventilsitzring mit Verengungswulst.13 shows a section through a valve seat ring with a narrowing bead.

Fig.14 einen Grund.riß des Ventilsitzringes von Fig. 13.14 shows a plan view of the valve seat insert from FIG. 13.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 mündet der im Schnitt C-D angenähert elliptischen Umfang aufweisende Kanal 3 in seinem unteren Teil, d. h. an seiner Sohle, aus einer Richtung in den Raum über dem Ventil 2 ein, die der Richtung des Ventilradius 111 möglichst nahe kommt. Oder mit anderen Worten: die Einlaufrichtung des Einlaßkanals 3 steht hier möglichst senkrecht zu dem den Ventilteller 2 tangierenden Zylinderradius 4. Die am ven,tilsitznäheren Ende der großen Achse a des elliptischen Querschnittes befindliche Sohle 5 des Kanals 3 (Fig.7 und 8) verläuft, bezogen, auf die Zylinderdecke 6 sehr flach und annähernd parallel zu letzterer; der elliptische Querschnitt der Sohle 5 ist außerdem an dieser Stelle schmal, um den Bereich, in dem die Richtung des Geschwindigkeitsvektors von -I- y'Max auf - y'""ar übergeht, möglichst klein zu halten. Die große Achse a des elliptischen Querschnittes des Einlaßkanals ist gegenüber der Ventilachse um den Winkel 5 geneigt. Die dar Zylinderachse 8 zugekehrte Wandung 9 des Kanals 3 verläuft, im Grundriß gesehen (Fig. 6), etwa in Richtung auf die Ventilachse 10 zu und geht. mit guter Ausrundung 11 in. die Wandung 12 des Raumes über dem Ventil 2 über; die Wandung 9 ist dabei in ihrem oberen Teil 13 weiter nach außen geführt und geht hier in die Ventilkanzel 14 über. Die der Zylinderachse 8 abgewandte Wandung 15 des Kanals 3 weist eine dem gewünschten Winkel x entsprechende Schräge zur Zylinderachse (nach oben und außen) auf und geht, wie aus Fig. 6 zu ersehen, in ihrem unteren Teil 16 mit guter Ausrundung 17 in die Wandung 12 des Raumes über dem Ventil 2 über; in ihrem oberen Teil 18 holt die Wandung 15, von der Ventilachse aus gesehen, weit -nach außen aus und nähert sich sodann. in bekannter Weise der Ventilachse 10 spiralig. Entsprechend den. mit Luft zu beliefernden unterschiedlichen Anteilen des Ventilumfanges ist die Decke 19 des der Zylinderachse 8 zuliegenden. Teiles des Raumes über dem Ventil 2 (Fig. 7 und 9) niedrig, die. Decke 20 des der Zylinderachse 8 abgewandten. Teiles dagegen hoch; in beiden Teilen. senkt sich die Decke 19 bzw. 20 stetig über den Ventilumfang bis etwa zu den Stellen, ab, die in Fig. 6 durch die Radien I und Il bezeichnet sind, um dann in dem Bereich zwischen diesen beiden Radien immer flacher zu verlaufen und schließlich an ihrer tiefsten Stelle, die in der Meridianebene des Ventilradius VI liegt, ineinander überzugehen. Es entstehen hierdurch um die Ventilführung zwei kanalartige Äste A, B (Fig. 9) unterschiedlichen Volumens, deren Zweck noch beschrieben wird. Die tiefste Stelle VI der Decke liegt, bezogen auf die den Zylindermittelpunkt 8 und den Ventilmittelpunkt 10 verbindende Symmetrieachse S-S', etwa spiegelbildlich zur Einmündung des Kanals 3, d. h. an der zweiten. möglichen Stelle, an der ein Zylinderradius 21 den Ventilteller 2 tangiert. Durch diese Anordnung wird der am Einlaßkanal 3 eintretende Hauptstrom in dem Raum über dem Ventil 2 in zwei die Ventilführung in entgegengesetztem Drehsinn umlaufende Teilströme unterschiedlichen Volumens aufgespalten, wobei sich die beiderseits des Ventils herumgeführten. Teilströme im Bereich der tiefsten Stelle VI wieder vereinigen und, den Ventilspalt in der gewünschten günstigsten Richtung verlassen, die an dieser tiefsten Stelle der Decke mit der Richtung des Ventilradius V I zusammenfäldt.In the embodiment according to FIG. 6, the channel 3, which has an approximately elliptical circumference in section CD, opens in its lower part, ie at its base, from a direction into the space above the valve 2 which comes as close as possible to the direction of the valve radius 111. Or in other words: the inlet direction of the inlet channel 3 is as perpendicular as possible to the cylinder radius 4 tangent to the valve disk 2 , based on the cylinder cover 6 very flat and approximately parallel to the latter; the elliptical cross section of the sole 5 is also small at this point to the area in which the direction of the velocity vector of -I- on Y'max - to keep y '''merges ar, as small as possible. The major axis a of the elliptical cross section of the inlet channel is inclined by the angle 5 with respect to the valve axis. The wall 9 of the channel 3 facing the cylinder axis 8 runs, as seen in plan view (FIG. 6), approximately in the direction of the valve axis 10 and goes. with a good rounding 11 in. the wall 12 of the space above the valve 2 above; the wall 9 is guided further outward in its upper part 13 and merges into the valve pulpit 14 here. The wall 15 of the channel 3 facing away from the cylinder axis 8 has a slope corresponding to the desired angle x to the cylinder axis (upwards and outwards) and, as can be seen from FIG 12 of the space above the valve 2 above; In its upper part 18, the wall 15, as seen from the valve axis, extends far outwards and then approaches. in a known manner the valve axis 10 spirally. According to the. Different parts of the valve circumference to be supplied with air is the ceiling 19 of the cylinder axis 8. Part of the space above the valve 2 (Fig. 7 and 9) low, the. Cover 20 of the cylinder axis 8 facing away. On the other hand high; in both parts. the ceiling 19 or 20 descends steadily over the valve circumference up to approximately the points which are indicated in FIG their deepest point, which lies in the meridian plane of the valve radius VI, merge into one another. This creates two channel-like branches A, B (FIG. 9) of different volumes around the valve guide, the purpose of which will be described below. The lowest point VI of the ceiling, based on the axis of symmetry S-S 'connecting the cylinder center 8 and the valve center 10, is approximately a mirror image of the confluence of the channel 3, ie at the second. possible point at which a cylinder radius 21 is tangent to valve disk 2. With this arrangement, the main flow entering the inlet channel 3 in the space above the valve 2 is split into two partial flows of different volumes which circulate the valve guide in opposite directions of rotation, the flows around on both sides of the valve. Combine partial flows again in the area of the lowest point VI and leave the valve gap in the desired most favorable direction, which coincides with the direction of the valve radius VI at this lowest point of the ceiling.

Um in den übrigen Bereichen die gewünschte, möglichst große Schräge (Winkel 7'""x) der Strömung beim Verlassen des Ventilspaltes zu erzwingen, genügt die angegebene spiralige Ausbildung der Außenwandung 15 und die stetige Absenkung der Decke 19 bzw. 20 allein nicht; die Strömung muß auch soweit wie möglich nach außen gedrängt bzw. geführt werden. Zu diesem Zwecke werden der Ventilschaft, die Ventilkanzel 14 und/oder die Ventilführung 22 (Fig.7, 8, 9) mit erheblich größerem Durchmesser versehen als bisher üblich; außerdem werden die Ventilkanzel und/oder die Ventilführung wesentlich weiter nach unten in Richtung zum Ventilsitz 24 hin als bisher üblich heruntergezogen.. Eine entsprechende Führung der Strömung kann auch durch in den Kanal 3 eingebaute Leitelemente 23 (Fig. 10) erreicht werden., welche so angeordnet sind, daß sie die Aufspaltung des Hauptstromes in dem Raum über dem Ventil in um die Ventilführung in entgegengesetztem Drehsinn, laufende Teilströme begünstigen.In order to achieve the greatest possible slope in the remaining areas (Angle 7 '"" x) to force the flow when leaving the valve gap is sufficient the specified spiral formation of the outer wall 15 and the constant lowering the ceiling 19 or 20 alone not; the current must also follow as far as possible be pushed or led outside. For this purpose, the valve stem that Valve pulpit 14 and / or the valve guide 22 (Fig. 7, 8, 9) with a considerably larger Diameter provided than usual up to now; also the valve pulpit and / or the valve guide much further down in the direction of the valve seat 24 pulled down than usual .. A corresponding guidance of the flow can can also be achieved by guide elements 23 (Fig. 10) built into the duct 3., which are arranged so that they split the main stream in the room over the valve in the opposite direction of rotation, running around the valve guide Favor partial flows.

Der über den Ventilumfang erwünschten verschiedenen Größe des Winkels x ist durch die Form der Wandung 12 über dem Ventilsitz 24 (Fig. 7 und 9) dadurch Rechnung getragen, daß die Wandung 12 in den Bereichen, in denen der Winkel y',"a, erreicht werden soll, steil in den Ventilsitz 24 übergeht, während sie in dem Bereich zwischen den Radien I und II in Abhängigkeit vom Winkel y zunehmend flacher zur Ventilachse 10 hin geneigt ist und an der tiefsten Stelle VI schließlich etwa unter einem Winkel von 45° liegt (Fig. 9). Dasselbe kann durch Anbringung eines Verengungswulstes 25 am Ven,tileinlaßque,rschnitt, der im Bereich zwischen den Radien I und II angeordnet ist und dessen Form sich in Abhängigkeit vom Winkel y ändert, erreicht werden. Ein solcher Wulst 25 mit Schrägfläche 25a kann auch in einem eingesetzten Ventilsitzring 26 angeordnet sein, wie dies aus Fig. 13 und 14 zu ersehen ist.The different size of the angle desired over the valve circumference x is due to the shape of the wall 12 above the valve seat 24 (FIGS. 7 and 9) Taken into account that the wall 12 in the areas in which the angle y ', "a, is to be achieved, steeply merges into the valve seat 24 while in the area between the radii I and II, depending on the angle y, increasingly flatter to Valve axis 10 is inclined towards and finally about below at the lowest point VI is at an angle of 45 ° (Fig. 9). The same can be done by attaching a constriction bead 25 at the valve inlet cross section, which is located in the area between radii I and II and the shape of which changes depending on the angle y. A Such a bead 25 with an inclined surface 25a can also be used in an inserted valve seat ring 26, as can be seen from FIGS. 13 and 14.

Aus den Darlegungen ergibt sich, daß im Gegensatz zu den bisher bekannten Einla,ßka,nalformen durch die erfindungsgemäße Aufspaltung des Luftstromes in zwei Teilströme unterschiedlichen Volumens, die in einander entgegengesetztem Richtungssinn um die Ventilachse 10 herum geführt sind, sowie durch. die sich über den Ventilumfang ändernde Schräge der aus dem Ventilspalt austretenden. Strömung (entsprechend dem gewünschten Winkel x), wie sie durch die angegebene Neigung der Deckenabschnitte 19 und 20 des Raumes über dem Ventil 2 und/oder durch die Anordnung eines Wulstes 25 der beschriebenen Form im Bereich zwischen den Radien 1 und 1I bewirkt wird, für nahezu jeden Punkt des Ventilumfanges ein bestmöglicher Dralleffekt bei gleichzeitig guter Füllung erzielt wird.From the explanations it follows that in contrast to the previously known Inlet, ßka, nalformen by splitting the air stream according to the invention into two Partial flows of different volumes in opposite directions are guided around the valve axis 10, as well as by. which extends over the valve circumference changing slope of the emerging from the valve gap. Current (according to the desired angle x), as indicated by the slope of the Ceiling sections 19 and 20 of the space above the valve 2 and / or by the arrangement a bead 25 of the shape described in the area between the radii 1 and 1I causes the best possible swirl effect for almost every point of the valve circumference is achieved with good filling at the same time.

Für die Regelung des Dralls zur Anpassung an das jeweilige Verbrennungsverfahren und beliebige andere motorische Gegebenheiten bieten sich unter Anwendung der Erfindung folgende Möglichkeiten: 1. Die Größe des Winkels y'.ax bzw. der Bereich des Ventilumfanges, auf dem y'mux erzwungen wird, kann verändert werden durch: a) Änderung des Durchmessers des,Ventilscha,ftes, der Ventilkanzel 14 und der Ventilführung 22 und/oder der Länge von Ventilkanzel 14 und/ oder Ventilführung 22, bzw. durch Längsverschiebung eines auf die Ventilführung 22 aufgesetzten Drallbeeinflussungselementes 27 (Fig. 12) ; b) Verdrehung der an ihrem unteren Ende schräg abgeschnittenen oder in anderer Weise unsymmetrisch ausgebildeten. Ventilführung 22 (Fig. 11) oder des auf die Ventilführung 22 aufgesetzten Elementes 27 (Fig. 12). 2. Die Größe der Winkel j7 bzw. x, d. h. das Verhältnis von Durchfluß zu Drall, kann verändert werden du rch a) Verwendung verschiedener Ventilsitzringe 26 (Fig. 13 und 14) mit unmittelbar vor dem Ventilsitz 24 angeordnetem Verengungswulst 25 entsprechend der beschriebenen Formgebung, wobei sich diese Teile im Innendurchmesser und damit der Austrittsschräge der Strömung, die durch sie bewirkt wird, unterscheiden; b) Änderung des wirksamen Ventilhubes und c) Änderung des Sitzwinkels des Ventils, welche zuletzt genannten Maßnahmen an sich bekannt sind.The following options are available for regulating the swirl to adapt to the respective combustion process and any other engine conditions using the invention: 1. The size of the angle y'.ax or the range of the valve circumference on which y'mux is forced, can be changed by: a) changing the diameter of the valve stem, valve cup 14 and valve guide 22 and / or the length of valve cup 14 and / or valve guide 22, or by longitudinally shifting a swirl influencing element 27 placed on valve guide 22 ( Fig. 12); b) Rotation of the obliquely cut off at their lower end or formed asymmetrically in some other way. Valve guide 22 (FIG. 11) or of the element 27 placed on the valve guide 22 (FIG. 12). 2. The size of the angle j7 or x, ie the ratio of flow to swirl, can be changed by a) Use of different valve seat rings 26 (FIGS. 13 and 14) with a constriction bead 25 arranged immediately in front of the valve seat 24 according to the shape described , these parts differing in the inner diameter and thus the exit slope of the flow that is caused by them; b) change in the effective valve lift and c) change in the seat angle of the valve, which last-mentioned measures are known per se.

3. Der Bereich des Ventilspaltes, in dem ein negativer, d. h. dem gewünschten Drehsinn entgegengesetzt gerichteter Drallanteil erzeugt wird, kann durch Verwendung von Sperrelementen bekannter Art, die auf dem Ventilkörper oder im Kanal bzw. unter einem eingesetzten Ventilsitzringangebracht sein können, ausgeschaltet werden. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß ein solches Sperrelement in Verbindung mit einem Einlaßkanal der beschriebenen Ausführung zweckmäßig im Bereich zwischen den Radien IV und V angeordnet wird, d. h. in dem Bereich, in dem ein negativer Drallanteil erzeugt würde.3. The area of the valve gap in which a negative, i.e. H. to the desired direction of rotation oppositely directed twist component is generated, can by using locking elements of known type that are on the valve body or can be attached in the channel or under an inserted valve seat insert, turned off will. From Fig. 3 it can be seen that such a locking element in conjunction with an inlet channel of the embodiment described expediently in the area between the Radii IV and V are arranged, d. H. in the area in which there is a negative twist would be generated.

Es ist weiter ersichtlich, daß bei einem Einlaßkanal der erfindungsgemäßen Bauart das Sperrelement sich im Vergleich zu den bisher üblichen Einlaßkanalformen, bei denen Sperrelemente mit einer Ausdehnung von 100 bis 180° Umfangswinkel zur Anwendung kommen, nur über einen wesentlich kleineren Umfangswinkel zu erstrecken braucht, der in der Größenordnung von höchstens etwa 60° liegt. Es können also bei Anwendung der Erfindung auch noch Luftanteile mit zur Drallerzeugung herangezogen werden, die bei Anwendung von Sperrelementen der bisher üblichen Umfangsausdehnung unwirksam bleiben würden. Durch die bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einlaßkanals erreichbare Verkleinerung des Sperrelementes kann also im Gegensatz zu den. bisherigen Lösungen dieser Art nicht nur die Füllung, sondern auch der Drall im Zylinder noch gesteigert werden.It can also be seen that in an inlet channel of the invention The design of the locking element is different in comparison to the previously usual inlet channel shapes, where locking elements with an extension of 100 to 180 ° circumferential angle to Apply to extend only over a much smaller circumferential angle needs, which is in the order of magnitude of at most about 60 °. So it can with Applying the invention, air fractions are also used to generate the swirl that when using locking elements of the previously usual circumferential extent would remain ineffective. Due to the design of the inlet channel according to the invention achievable reduction in size of the locking element can therefore in contrast to the. previous Solutions of this kind not only affect the filling, but also the twist in the cylinder can be increased.

Für die Gegenstände der Unteransprüche wird nur in Verbindung mit dem Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) Schutz begehrt.For the subjects of the subclaims, only in connection with the main idea of the invention (claim 1) protection is sought.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Brennkraftmaschineru cylinder head with an eccentrically arranged inlet valve and with a circular flow in the working cylinder causing the inlet channel, characterized in that the channel (3) from one direction (III) into the space above the inlet valve (2) opens which is perpendicular to the direction of a cylinder radius (4) tangent to the valve plate in the valve inlet plane, and that the flow space adjoining the channel (3) above the valve consists of two channel-like branches (A1, BI) of different volumes (FIG. 9 ), which are guided around the valve axis in opposite directions and merge into one another in the flow cross-section tapering towards the valve seat at the lowest point (VI) of their upper channel cover.

2. cylinder head according to claim 1, characterized in that: ß the channel (3) in front of the space above your The inlet valve (2) is elongated and has an elliptical or oval cross-section is (Fig. 8).

3. Cylinder head according to claim 2, characterized in that the oval cross-section (Fig. 8) narrower towards the valve seat than on the valve seat facing away is.

4. Cylinder head according to claim 2, characterized in that that the major axis (F) of the ellipse (Fig. 8) with the valve axis an acute angle (;) includes.

5. Cylinder head according to claims 1 to 4, characterized. that the channel-shaped branches (Al. hl) extend over unequal areas of the valve circumference extend and in cross section over the valve circumference down to the deepest Remove point (VI) of your upper duct cover in the manner of a spatial spiral.

6. Cylinder head according to claims 1 to 5, characterized in that the deepest Place (VI) the ceiling of the room above the inlet valve, where the canal-like branches (Al, B1) meet or merge into one another, based on the one through the valve axis going cylinder radius, mirror image of the confluence point of the inlet channel is in your space above the inlet valve, d. H. in the second possible place, where a cylinder radius is tangent to the valve disk in the valve outlet plane.

7. Cylinder head according to claims 1 to 6, characterized in that rounded portions (11) are arranged on the lower duct wall sections of the inlet duct (3) at the point where these wall sections merge into the space via your inlet valve, which the splitting of the main air flow in partial air flows according to the duct guides (Al, B1). B. cylinder head according to claims 1 to 7, characterized. marked that in. the. Channel (3) guide elements (23) are installed in such a way that they support the splitting of the flow into two partial flows flowing around the valve guide in the aforementioned channel-like branches (A1, B1) in opposite directions of rotation. 9. Cylinder head according to claims 1 to 8, characterized in that the side wall (12) of the space above the inlet valve (2) against the valve axis! (10) is inclined for each point of the valve circumference according to the inclination of the exiting flow that is present here. 10. Cylinder head according to claim 9, characterized in that the lateral wall (12) of the space above the Einlaßven.til (2) at the lowest point. (VI, Fig. 6 and 9) the ceiling of the room above the inlet valve (2) rises at an inclination of 45 ° to the valve pulpit (14). 11. Cylinder head according to the claims. 1 to 10, characterized in that in front of the valve seat (24) there is arranged a constriction bead (25) which extends over the area between the radii I and 1I (FIG. 3) and has an inclined surface (25a) whose inclination to Valve inlet plane for each circumferential point of the aforementioned area corresponds to the slope of the flow passing through at the point in question. 12. Cylinder head according to claim 11, characterized in that the constriction bead (25) is mounted in an inserted valve seat ring (26). 13. Cylinder head according to claim 12, gekenaizeichnet by being equipped with replaceable valve seat inserts (26) with different narrowing beads (25). 14. Cylinder head according to claims 1 to 13, characterized in that the valve guide (22) is designed to be longitudinally displaceable and / or rotatable. 15. Cylinder head according to claim 14, characterized in that the longitudinally displaceable and / or rotatable valve guide (22) is beveled at its lower end or is otherwise asymmetrical. 16. Cylinder head according to claims 1 to 13, characterized in that a longitudinally displaceable and / or rotatable element (27) is placed on the valve guide (22), which is beveled at its lower end or is otherwise asymmetrical. 17. Cylinder head according to claims 1 to 16, characterized in that the valve inlet cross-section in. The area where, a. negative twist component cannot be suppressed (area between radii IV and V, FIG. 3), a locking element known per se is arranged which extends over a circumferential angle of at most 60%. 18. Cylinder head according to claim 17, characterized in that the locking element is mounted in a manner known per se on the valve body.