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Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen, insbesondere luftverdichtende
Einspritzbrennkraftmaschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf
mit zwei nebeneinanderliegenden Einlaßventilen je Zylinder und zwei diesen Ventilen
zugeordneten Einlaßkanälen für mit einer Luftdrehung um die Zylinderlängsachse arbeitende
Brennkraftmaschinen, insbesondere luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen.
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Für mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder versehene Brennkraftmaschinen,
die eine kreisende Luftbewegung im Zylinder um die Zylinderlängsachse benötigen,
wurden bisher zur Erzeugung des notwendigen Dralls im Zylinder Schirmventile verwendet.
Derartige Ventile erfordern aber besondere Vorrichtungen, um den Schirm jeweils
in der ge-,zünschten Stellung festzuhalten. Darüber hinaus haben diese Schirmventile
den Nachteil der Luftdrosselung, so daß die Zylinderfüllung oft nicht in dem gewünschten
Ausmaß erfolgen konnte. Außerdem neigen Schirmventile wegen ihres unsymmetrischen
Aufbaus und der wegen der Halterung unsymmetrischen Aufheizung zu unsymmetrischem
Wärmeverzug.
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Es sind zwar nun durch ihre Formgebung einen Drall erzeugende Einlaßkanäle,
sogenannte Drallkanäle, an sich bekannt, doch kamen diese bisher lediglich bei Brennkraftmaschinen
zur Anwendung, die je Zylinder nur ein Einlaßventil aufwiesen, also auch nur einen
Drallkanal dieser Art benötigten. Die Unterbringung eines solchen besonders geformten
Drallkanals im Zylinderkopf verursachte somit keine besonderen Schwierigkeiten,
denn auf die anderen baulichen Einzelheiten des Zylinderkopfes, wie Kühlwasserraum,
Zylinderkopfverschraubungen und andere benachbarte Kanäle, konnte leicht Rücksicht
genommen werden, da an sich hinreichend Platz für die Unterbringung eines solchen
einzigen Drallkanals zur Verfügung stand.
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Bei Brennkraftmaschinen, die mit zwei Einlaßventilen je Zylinder versehen
sind und auch eine Luftdrehung im Arbeitszylinder benötigen, also an sich auch zwei
in zweckmäßiger Form gestaltete Drallkanäle erfordern würden, behalf man sich aus
Platzgründen dann in der Weise, daß nur ein Drallkanal dieser Art verwendet wurde,
während für den anderen Einlaßkanal der Drall wieder mittels eines Schirmventils
erzeugt wurde, wobei also mit letztgenanntem Kanal die bekannten Nachteile, wie
Luftdrosselung usw., in Kauf genommen worden sind.
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Es ist ferner eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Zylinder zwei
Einlaßventile und zwei Auslaßventile aufweist und bei der zu den beiden auf einer
Zylinderhälfte gelegenen Einlaßventilen ein sehr breiter gemeinsamer Einlaßkanal
führt, in dessen etwaiger Mitte sich ein mit Kühlwasserräumen versehener, die Lufteinströmung
zu den Ventilen aufteilender, stromlinienförmig gestalteter Teil des Zylinderkopfes
befindet. Eine solche Kanalgestaltung erfordert jedoch viel Platz und wird zu einer
nachteiligen Ausweitung der Baulänge für den Zylinderkopf und damit der Maschine
führen. Die Einlaßventile haben zudem ein gemeinsames Kanalstück, wodurch sich die
in diesen geführten beiden Luftströme infolge Fehlens eigener voneinander getrennter
Kanalführungen gegenseitig störend beeinflussen werden, so daß sich eine gleichgerichtete
stetige Strömung im Zylinder um die Zylinderlängsachse nicht ausbilden kann.
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Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine, deren Zylinderkopf
mit zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen je Zylinder ausgerüstet ist, wird
die angesaugte Luft über einen nur eine geringe Drehbewegung der Luft im Zylinder
um die Zylinderlängsachse erzeugenden, tangential einmündenden Schußkanal und über
einen lediglich der Füllungsgraderhöhung dienenden, radial eingeführten Kanal dem
Zylinderinneren zugeleitet, wobei durch den letzterwähnten Kanal ein im wesentlichen
in Zylinderlängsachse verlaufender, fast senkrecht nach unten gerichteter Luftstrom
im Zylinder hervorgerufen wird. Eine gegenseitige Unterstützung der beiden einzelnen
Luftströme im Zylinderraum findet somit nicht statt. Die beiden Kanäle verlaufen
zudem
etwa parallel nebeneinander und beanspruchen somit eine bedeutende
Breite des Zylinderkopfes, wodurch wiederum die Baulänge der Maschine erhöht wird.
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Schließlich ist ein Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit zwei
gleichartigen Einlaß- und Auslaßventilen je Zylinder bekannt, bei dem den nebeneinanderhegenden
Einlaßventilen über ein anfänglich gemeinsames Kanalstück die Ansaugluft zugeführt
wird, wobei die Anfangsströmung, also die Zuströmung für das erste Ventil radial
zur Zylinderlängsachse gerichtet ist, um dann anschließend in eine Strömung senkrecht
nach unten, also in eine parallel zur Zylinderlängsachse verlaufende, vorwiegend
der Füllung dienende Strömung überzugehen. Die diesen Kanalverlauf und die senkrechte
Einströmung bestimmende kurze Trennwand befindet sich zudem nur im Bereich der Ventilkanzel,
so daß kein sich spiralig um den Ventilschaft erstreckender, drallerzeugender Kanalteil.
vorhanden ist. Der zu dem zweiten Ventil führende Kanal verläuft zwar anfänglich
etwas tangential zur Zylinderwand, um dann aber in Abweichung von der Form eines
Drallkanals sogleich als Füllungskanal im wesentlichen parallel zur Zylinderlängsachse
weitergeführt zu werden.
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Gegenüber diesen bekannten Ausführungen und Anordnungen der Einlaßkanäle
für zwei nebeneinanderliegende Einlaßventile je Zylinder wird gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgeschlagen, jeden der beiden Einlaßkanäle in an sich bekannter Weise
als in seinem Kanalteil um den Ventilschaft spiralig ausgebildeten Drallkanal zu
gestalten, die Hauptströmungsrichtungen dieser Kanäle von ihren in der Zylinderkopfseitenwand
übereinanderliegenden Einläßöffnungen von je einem Querschnitt mit jeweils größerer
Kanalbreite als Kanalhöhe an nahezu geradlinig verlaufend tangential zur Zylinderwand
hin zu führen und die beiden Kanalteile im ersten Teil ihres Verlaufes unter Benutzung
einer gemeinsamen Wand übereinanderzulegen und den Kanalteilen in ihrem weiteren
Verlauf eine derart zueinander veränderte Lage zu geben, daß der obere Kanal alsdann
in eine Querschnittsform mit größeres Höhe als Breite übergeht und dessen obere
Wand zum Ventil hin in ihrer Höhe derart abfällt, daß der untere Kanal von dem oberen
Kanal teilweise umlaufen wird.
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Die Einlaßkanäle liegen also nach dem Erfindungsvorschlag bei ihrem
Ursprung, d. h. in der Zylinderkopfseitenwand übereinander, was nicht nur in vorteilhafter
Weise eine Platzersparnis bezüglich der Baulänge der Maschine bringt, sondern den
Bau eines besonders steifen Zylinderkopfes ermöglicht, was auf dessen jeweiliger
Höhe beruht, die nämlich die übereinanderanordnung der Einlaßöffnungen für die Kanäle
gestattet. Bei der weiteren erfindungsgemäßen Kanalführung ist ferner vermieden,
daß die Projektion des zunächst obenliegenden Kanals über das Einlaßventil des unteren
Kanals hinweggeführt ist, denn sonst würde in nachteiliger Weise im Hinblick auf
die angestrebte Drehbewegung im Zylinder der obere Kanal nur ein reiner Füllungskanal
sein und sich nicht an der gemeinsamen gleichsinnigen Luftdrehung im Zylinder beteiligen
können, was aber unbedingt erreicht werden soll.
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Die beiden nebeneinanderliegenden Einlaßventile erhalten also ihre
Luftzuführung von zwei, eine gemeinsame Wand aufweisenden Kanälen, wobei sich die
beiden Lufträume um die beiden Einlaßventillängsachsen so stark nähern, daß eine
genügend starke gemeinsame Gußwand von etwa 3 bis 7 mm stehenbleibt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders zweckmäßig,.
jeder in der Zylinderkopfseitenwand liegenden Einlaßöffnnng für diese Kanäle etwa
rechteckigen Querschnitt mit größerer Breite als Höhe zu geben. Dadurch, daß dann
der obere Kanal in seiner weiteren Erstreckung und bis zu seinem tangentialen Eintritt
in den Zylinder allmählich in eine Querschnittsform größerer Kanalhöhe als Kanalbreite
übergeht, sind die Kanäle eng aneinandergeschmiegt, was aus Platzberücksichtigungsgründen
im Hinblick auf die Zylinderkopfschraubenanordnung und das Unterbringen von Kühlwasserräumen
im Zylinderkopf von Bedeutung ist. Es ist außerdem somit möglich, dem oberen Kanal
frühzeitig ein Gefälle zu geben, wobei dann bereits frühzeitig die Sohle dieses
Kanals tiefer als die Decke des anderen Kanals zu liegen kommt. Der untere Kanal
verjüngt sich in an sich bekannter Weise bis zu seinem Eintritt in den Arbeitszylinder.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung, wobei F i
g. 1 eine Draufsicht auf einen Zylinderkopf veranschaulicht und die F i g. 2 bis
5 einzelne Durchströmquerschnitte des oben gelegenen Einlaßkanals entsprechend den
Schnitten I-I bis IV-IV der F i g. 1 wiedergeben.
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In F i g. 1 ist mit 1 die Zylinderwand, mit 2 die Zylinderlängsachse
und mit 3 die Maschinenlängsachse bezeichnet, während bei 4 und 5 die beiden Achsen
der Einlaßventile 6 und 7 angedeutet sind. Zu dem Einlaßventil 6 führt ein als Drallkanal
ausgebildeter Einlaßkanal 8 bisher bekannter Formgebung, dessen Einlaßöffnung mit
9 benannt ist. Über diesem Einlaßkanal 8 liegt der andere gleichfalls als Drallkanal
ausgebildete Einlaß-Kanal 10, der zum Einlaßventil 7 gehört und dessen Einlaßöffnung
mit 11 bezeichnet ist (vgl. F i g. 2).
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Die F i g. 2 veranschaulicht die Eintrittsöffnungen 9 und 11 für die
Einlaßkanäle 8 und 10, wobei die gemeinsame Berandungslinie für diese Eintrittskanäle
einschließlich der zwischen diesen Kanälen gelegenen Wand 12 gemäß einer vorteilhaften
Ausführung ein Rechteck bildet, dessen Höhe H der Rechteckbreite entspricht oder
größer als dies-- Breite ist. Aus dieser Ausführung ergibt sich für die Öffnung
jedes Einlaßkanals 8 bzw.10 wiederum eine Rechteckform, deren Höhe Hi kleiner als
deren Breite ist. Hieraus folgt wiederum, daß sich in Weiterbildung der Erfindung
für den oberen Einlaßkana110, der zu Beginn, also in seiner Einlaßöffnung gemäß
Schnitt 1-I (F i g. 1) eine Erstreckung in der Breite aufweist, die größer als die
Kanalhöhe ist, in seinem weiteren Verlauf das Verhältnis von jeweiliger Kanalbreite
zur Kanalhöhe ändert, und zwar etwa entsprechend den in F i g. 3 bis 5 veranschaulichten
Durchtrittsquerschnitten. Diese Formen für die Querschnitte ergeben sich dadurch,
daß die obere Kanalwand 13 des oberen Kanals 10 nach anfänglich waagerechtem Verlauf,
d. h. in paralleler Ebene zur Zylinderkopfebene, .etwa zwischen den Schnitten III-III
und IV-IV gemäß F i g. 4 und 5 in Richtung auf die Zylinderkopfebene herabgesenkt
wird, so daß etwa in dem genannten Kanalbereich von der anfänglichen Rechteckform
abweichende
Querschnittsformen etwa gemäß den Schnitten der F i g. 4 und 5 entstehen. Hierbei
ist also allmählich die Kanalhöhe größer als die Kanalbreite geworden. Zur besseren
Verdeutlichung der Ouerschnittsveränderungen des oberen Einlaßkanals 10 im Verlauf
seiner Gesamtlänge sind die jeweiligen Höhen des Kanals in den Schnitten I-1 bis
IV-IV gemäß F i g. 2 bis F i g. 5 mit Hl, H2, H3 und H4 benannt und jeweils die
entsprechenden halben Höhen eingezeichnet, deren horizontale, strichpunktierte Trennungslinien
diese genannten Querschnittsflächen jeweils aufteilen. Hierbei ist für den Querschnitt
1-I an der Lufteintrittsöffnung 11 die gesamte Durchtrittsfläche des Einlaßkanals
10 in die Flächen F1 und F2 aufgeteilt, wobei an dieser Kanalstelle das Verhältnis
F, : F2 etwa gleich 1 ist. Auf der Länge des gleichen Einlaßkanals
10 ändert sich gemäß dem weiteren Erfindungsvorschlag dieses Verhältnis derart,
daß es etwa vor dem Raum um das Einlaßventil7 herum etwa wieder dem Anfangsverhältnis,
also
entspricht, während auf der dazwischenliegenden Kanalerstreckung, und zwar vorwiegend
in dem zwischen den Schnitten II-II und IV-IV (vgl. F i g. 1) gelegenen Teil das
Verhältnis Werte über 1,3 annimmt.
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Es findet also im Verlauf der Kanalerstreckung eine Art Verwindung
mit einer derartig gerichteten Krümmung statt, daß beispielsweise ein in der unteren
rechten Ecke des Schnittes 1-I bzw. II-11 angenommener Punkt AI bzw. An im
Schnitt 111-III nach All, gewandert ist und im Schnitt IV-IV bei AIv liegt.
Im gleichen Sinne dieser Krümmung durchläuft ein in den Schnitten I-I bzw. 11-II
ebenfalls betrachteter Punkt BI bzw. BI, gemäß F i g. 1 weiter die Bahn entsprechend
den Punkten B,1,-BIv-Bv.