DE1044514B - Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf - Google Patents

Description

• Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf Die Erfindung betrifft -einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit außermittig angeordnetem Einlaßventil und mit einer .eine kreisende Strömung im Arbeitszvlinder hervorrufenden Ausbildung des Einlafikanals nach Patentanmeldung M 23978Ia/46c1. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine Hilfseinrichtung zur Drallregelung im Einlaßkanal. und es wird damit bezweckt,- die Drehgeschwindigkeit (Drall) der Füllung den jeweiligen Betriebserfordernissen beliebig anzupassen.
• Es ist bekannt, daß beispielsweise für verschiedene Motordrehzahlen jeweils andere Drallwerte im Zylinder zu optimalem motorischem Verhalten führen können. Ebenso ist bekannt, daß, z. B. bei kompressionsgezündeten Brennkraftmaschinen mit direkterEinspritzung, ein hoher Drall- -in schlechtem Startverhalten führt, insbesondere bei- Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Diese Erkenntnisse lassen es als wünschenswert erscheinen, den Drall in weiten Grenzen willkürlich verändern 7u können. Eine Einrichtung, die dieses Ziel verwirklicht, ist bisher nur insoweit bekannt, als zur Drallerzeugung sogenannte Schirmventile oder ähnliche, am Umfang von Ventil bzw. \-entilsitz wirksame Steuerorgane verwendet werden, wobei die Formgebung des Einlaßkanals für dieDrallerzeugung im allgemeinen unberücksichtigt bleibt. Durch Verdrehen des Schirmes um die Ventilachse kann dann der Drall von einem als günstigst erkannten und eingestellten Betriebspunkt aus beliebig bis zu einer gewissen oberen Grenze gesteigert oder auch bis auf den Wert Null gesenkt werden, oder es besteht auch die Möglichkeit, den Drall in seiner Drehrichtung ganz umzukehren. Auf diese Weise wird also, bei ini wesentlichen geradlinigem Verlauf der einzelnen Stromfäden, die Drallregelung durch eine Veränderung der Asvmitietrie des tatsächlich durchströmten Öffnungsquerschnittes in bezug auf die die Zylinderachse und Ventilachse enthaltende Vertikalebene bewirkt, indem jeweils ein anderer Teil des Ventilumfanges abgedeckt wird.
• Wesentlich größere Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn der Drall durch besondere Formgebung des Einlaßkanals allein erzeugt wird. Das äußere Bild von Ventil und Ventilsitz zeigt hier eine völlige Rotationssymmetrie. Die zur Erzeugung des Dralls im Zvlinder erforderliche Asvminetrie der Gesamtheit aller Stromfäden in bezug auf die oben näher bezeichnete Vertikalebene wird hier nicht durch die Lage des Öffnungsquerschnittes, sondern durch die an jedem Punkte des Ouerschnittes verschiedene Durchströmungsrichtung bewirkt. Wenn also jetzt der Drall in seiner Größe geändert werden soll, dann muß offenbar eine Beeinflussung der Richtung erfolgen, unter der die einzelnen Stromfäden den Ventilspalt verlassen. Sollen andererseits die bekannten herstellungs- und betriebstechnischen Vorteile völlig rotationssymmetrischer Ventile und Ventilsitze im Vergleich zu einseitig abgeschirmten Steuerorganen dennoch erhalten bleiben, dann muß die Beeinflussung der Strömung -in Strömungsrichtung gesehen - vorverlegt werden. Als baulich gut zugängliche Stelle, an der sich Steuerorgane zur Beeinflussung der Strömung einfach anordnen lassen, bietet sich in diesem Falle die Einlauföffnung an, d. h. diejenige Stelle in der Strömungsbahn, wo die dem Zylinder zuzuführende Luft- bzw. Gemischfüllung aus dem Ansaugkrümmer in den im Zylinderkopf eingegossenen Einlaßkanal übertritt.
• Demgemäß ist gemäß der Erfindung, welche nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand der Patentanmeldung M 23978 I a / 46 cl zu verstehen ist, in oder vor der Einlauföffnung des Einlaßkanals, d. h. im Bereich der Übertrittsstelle vom Ansaugkrümmer in den im Zylinderkopf eingegossenen Einlaßkanal, ein verstellbares, drallbeeinflussendes Regelorgan angeordnet. Dieses ist beispielsweise durch Verdrehen um seine Längsachse veränderlich einstellbar. Das Regelorgan ist dabei so angeordnet und ausgebildet, z. B. als eine etwa Viertelkugelforin aufweisende Hohlschale mit in Strömungsrichtung stehender Iirümmungsleitfläche, daß in verschiedenen Stellungen jeweils andere Gesamtbilder der den Ventilspalt durchziehenden Stromfäden beim Übertritt in den Zylinder in bezug auf die oben bezeichnete Vertikalebene bewirkt werden. Infolgedessen ergibt sich bei jeder Stellung des Regelorgans auch ein anderer im Zylinder erzeugter Drall. Durch geeignete Zuordnung der für den jeweiligen Betriebszustand als am. günstigsten erkannten Stellung des Regelorgans zu bestimmten Kontrollorganen der Maschine für diese Betriebszustände (z. B. Kaltstarttemperatur) läßt sich leicht auch eine Automati-,4erung der Drallregelung im Einlaßkanal bewirken.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit drallerzeugendem Einlaßkanal in der geometrischen Richtungsbestimmung etwa nach Fig.6 des Hauptpatentes und mit einem Drallregelorgan in der Einlauföffnung des Einlaßkanals, teils in Draufsicht und teils im Schnitt, Fig.2 dieselbe Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Einstellung des Drallregelorgans. Innerhalb der Grundrißprojektion eines Zylinderkopfes 1 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine liegt der durch den Kreis 2 angedeutete Arbeitszylinder, dessen Längsachse mit dem Mittelpunkt 3 des Kreises 2 zusammenfällt. Durch den Kreis 4 ist der im allgemeinen kegelige Ventilspalt angedeutet, der durch das außermittig angeordnete (nicht dargestellte) Einlaßventil und den im Zylinderkopf eingefrästen Ventilsitz bei geöffneter Ventilstellung gebildet wird; der Mittelpunkt 5 des Kreises 4 fällt dabei mit der Einlaßventilachse zusammen. Die Wandungskonturen 6, 7 deuten eine Formgebung des Einlaßkanals 8 an, die bei einer geometrischen Einlaufrichtung dieses Kanals in den Raum über dem Einlaßventil bzw. Ventilspalt 4, wie im Hauptpatent beschrieben, zu einem hohen Drall unter voller Ausnutzung des gesamten Ventilspaltes führt, ohne daß irgendein Umfangsteil des letzteren abgeschirmt wird.
• In der Einlauföffnung 9 ist erfindungsgemäß ein Regelorgan 10 derart angeordnet, daß sich durch Verstellen, beispielsweise Verdrehen, desselben jeweils andere Strömungsverhältnisse auf dem Wege von der Einlaßöffnung 9 zum Ventilspalt 4 im Einlaßkanal 8 herbeiführen lassen; hierdurch ergibt sich jeweils eine unterschiedliche Asymmetrie der den Ventilspalt 4 durchsetzenden Stromfäden in bezug auf die die Zylinderachse 3 und die Ventilachse 5 enthaltende Vertikalebene 11-11, was wiederum einen unterschiedlichen Drall im Zylinder 2 zur Folge hat.
• Im Ausführungsbeispiel besteht das Regelorgan 10 aus einer etwa Viertelkugelform aufweisenden Hohlschale, die in der Ebene des Flansches 12 um den Mittelpunkt 13 der kreisförmigen Einlauföffnung 9 beispielsweise drehbar angeordnet ist. Die Krümmungsleitfläche 14 des Regelorgans 10 ist dabei von der Flanschebene 12 aus strömungseinwärts gerichtet, so daß ihre konkave Innenseite eine Leitwirkung auf die durchströmende Luft- bzw. Gemischfüllung ausübt. Hiebei wird angenähert in der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Regelorgans 10 die Luft- bzw. Gemischfüllung zu einer Strömung vorwiegend entlang der äußeren Kanalwandung 6 gelangen, wodurch sich bei Erreichen des Ventilspaltes 4 ein solcher Gesamtverlauf der Stromfäden ergibt, daß sich ein verhältnismäßig hoher Drall im Zylinder 2 einstellt; umgekehrt wird in der in Fig.2 gezeigten Stellung des Regelorgans 10 die Luft zu einer Strömung vorwiegend längs der inneren Kanalwandung 7 gezwungen, was zu einem verhältnismäßig niedrigen Drall im Zylinder führt.
• Die Erfindung ist nicht auf die hierin nur als Beispiel beschriebene Ausführungsform beschränkt. So kann die Krümmungsleitfläche des Regelorgans 10 statt der Kugelform auch jede beliebige andere Krümmungsform, z. B. elliptische, parabolische od. dgl., aufweisen, je nachdem dies in Anpassung an die jeweils gewünschte Strömungsablenkung und vorgegebene Kanalform am zweckmäßigsten ist. Ebenso kann das Regelorgan statt unmittelbar in der Einlauföffnung des Einlaßkanals auch vor dieser Öffnung angeordnet sein. Weiterhin läßt sich die Verstellbarkeit des Regelorgans mit den hierfür bekannten Mitteln der Technik in der verschiedensten Weise durchführen, so daß statt einer verdrehbaren Anordnung gegebenenfalls auch eine Art Schiebersteuerung benutzt werden kann. Die Einstellung des Regelorgans 10 kann außerdem automatisiert werden, indem sie in Abhängigkeit von einer gewählten Betriebszustandsgröße der Brennkraftmaschine, z. B. der Temperatur beim Kaltstart, gebracht wird; dies wiederum kann in bekannter Weise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch geschehen.
• Alle diese konstruktiven Abwandlungen sind in den Umfang der Erfindung mit einbezogen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit außermittig angeordnetem Einlaßventil und einer eine kreisende Strömung im Arbeitszylinder hervorrufenden Ausbildung des Einlaßkanals nach Patentanmeldung M 23978 I a/ 46 cl, dadurch gekennzeichnet, daß in oder vor der Einlauföffnung (9) des Einlaßkanals (8), d. h. im Bereich der Übertrittsstelle vom Ansaugkrümmer in den im Zylinderkopf eingegossenen Einlaßkanal, ein verstellbares drallbeeinflussendes Regelorgan (10) angeordnet ist. z. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan (10) beispielsweise aus einer etwa Viertelkugelform aufweisenden Hohlschale besteht, die um den Mittelpunkt der Einlauföffnung drehbar angeordnet ist und deren Krümmungsleitfläche strömungseinwärts gerichtet steht. 3. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Regelorgans (8) in Abhängigkeit von einer Betriebszustandsgröße der Brennkraftmasahine, z. B. der Temperatur im Kaltstart, selbttätig steuerbar ist. 4. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Steuerung des Regelorgans (8) in an sich bekannter Weise mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgt.