DE1296460B - Zylinderkopf fuer Brennkraftmaschinen mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen je Zylinder - Google Patents

Description

• Bei Brennkraftmaschinen hoher Leistung, die meist mit zwei Einlaßventilen je Zylindereinheit ausgerüstet sind, ist eine kräftige und gleichmäßige Verwirbelung der in den Verbrennungsraum eintretenden Luft von großer Bedeutung. Die bauliche Anordnung und strömungsgünstigste Ausbildung von drallerzeugenden Einlaßkanälen ist aber bei Mehrventil-Zylinderköpfen in der Regel mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. In der Hauptsache sind bauliche Gründe dafür maßgebend, daß die diesbezüglichen Bestrebungen des Motorenbaues stets zu Kompromißlösungen geführt haben.
• Es ist bereits eine Reihe von Kombinationen von Schrägkanälen und auch von Schräg- und Spiralkanälen bekanntgeworden. Erfahrungsgemäß sind aber Schrägkanäle in ihren Durchflußeigenschaften nicht so günstig und ergeben nicht so hohe Drallzahlen wie Spiralkanäle. Schrägkanäle sind überdies hinsichtlich Gußungenauigkeiten in bezug auf Erreichung eines gleichmäßigen Dralls in allen Zylindem einer Mehrzylinderinaschine wesentlich empfindlicher als Spiralkanäle. Diese Empfindlichkeit wirkt sich selbstverständlich bei Vier-Ventil-Zylinderköpfen mit je zwei einlaßseitigen Schrägkanälen in erhöhtem Maße aus.
• Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei der schon bekannten Kombination von einem Spiralkanal und einem Schrägkanal bei Vier-Ventil-Zylinderköpfen vor. Um in diesem Fall bestmögliche Durchflußeigenschaften zu erzielen, ist es unvermeidlich, sowohl die Einlaßventile als auch die VentiIsitzringe des Spiralkanals und des Schrägkanals unterschiedlich auszubilden, um einigermaßen gleiche Strömungsverhältnisse an beiden Ventilen zu erreichen.
• Bei Vier-Ventil-Zyaderköpfen ist daher die Verwendung von zwei Spiralkanälen anzustreben. Da bei Fahrzeugmotoren, insbesondere Lkw-Motoren, mit zwei Einlaßventilen je Zylinder diese üblicherweise paarweise quer zur Kurbelwellenachse angeordnet sind, da diese Anordnung hinsichtlich der Ventilbetätigung die einfachste und billigste Lösung darstellt, liegt es nahe, zwei quer zur Kurbelwellenachse verlaufende Drallkanäle hintereinander anzuordnen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß auf Grund der grundsätzlichen Eigenschaften von Spiralkanälen der in Strömungsrichtung dahinterliegende zweite Spiralkanal infolge der größeren Strömungswiderstände des längeren Zuführungskanals strömungsmäßig, insbesondere in bezug auf die erreichbare Drallzahl, ungünstiger liegt als der in der Strömungsrichtung vom liegende erste Spiralkanal.
• Aus diesem Grunde ist man im Großmotorenbau dazu übergegangen, die Einlaßventfle in einer Reihe parallel zur Kurbelwellenachse anzuordnen und mit einzelnen, gleichen Spiralkanälen zu versehen, welche quer zur Kurbelwellenachse verlaufen. Dadurch ergibt sich aber für die Ventilbetätigung der Einlaß- und AusIaßventile ein verhältnismäßig teurer und verwickelter Steuerungsantrieb, der schon aus rein wirtschaftlichen Erwägungen sowie wegen der besonderen baulichen und raummäßigen Bedingungen bei Fahrzeugmotoren kaum tragbar erscheint.
• Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile der bekannten Zylinderkopfausführungen behoben und saugseitig verbesserte Strömungsbedingungen geschaffen werden. Ausgehend von einem Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen je Zylinder, welche Ventile senkrecht zur Kurbelwellenachse und in einer zu dieser Achse senkrechten Ebene liegen und wobei jedem Einlaßventil ein gegen die Zylinderkopfoberseite verlaufender Einlaßkanal zugeordnet ist, welche Einlaßkanäle an der Oberseite des Zylinderkopfes in einen gemeinsamen Ansaugkanal übergehen, wobei ihre Mündungsquerschnitte zueinander parallel liegen, wird das Erfindungsziel dadurch erreicht, daß die in an sich bekannter Weise als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanäle in gleichfalls an sich bekannter Weise wenigstens annähernd gleiche Form und Länge aufweisen. Infolge dieser Ausbildung herrschen in beiden Spiralkanälen die gleichen Strömungsbedingungen, so daß sowohl für die Einlaßventile einer Zylindereinheit als auch über alle Zylinder gleiche Drallzahlen erreicht werden. Die in den Einlaßkanälen aller Zylinder herrschenden gleichen Strömungsverhältnisse ergeben die Voraussetzungen für eine gleiche Beaufschlagung mit Verbrennungsluft und somit gleich hohe Motorleistungen. Einen weiteren strömungstechnischen Vorteil stellt die durch die vertikale Führung der Ansaugkanäle bedingte Fallstromwirkung dar. Die Möglichkeit, die insbesondere bei Lkw-Motoren gebräuchliche Anordnung der Einlaßventile in einer zur Kurbelwelle parallelen Reihe und damit auch die kosten- und bauraummäßig günstigste Ventilbetätigung beizubehalten, ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäß gestalteten Zylinderkopfes.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei jedem zweiten Zylinder die Lage der Einlaß- und Auslaßventile vertauscht ist und die vier Einlaßkanäle jeweils zweier benachbarter Zylinder in den gemeinsamen, symmetrisch zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine und vorzugsweise mittig in bezug auf die zugehörigen Einlaßventile liegenden Ansaugkanal übergehen. Die Zusammenfassung von jeweils vier Spiralkanälen zu einer von der Mitte aus luftbeaufschlagten baulichen Einheit vereinfacht nicht nur den Gesamtaufbau des Zylinderkopfes, sondern gewährleistet vor allem völlig gleiche Strömungsbedingungen in den vier Spiralkanälen.
• Aus der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Zylinderkopfes nach der Erfindung ersichtlich und im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen je Zylinder gemäß der Linie IJ in F i g. 2, welche einen Vertikalschnitt nach der Linie II-II in F i g. 1 wiedergibt; die F i g. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform eines Zylinderkopfes in analoger Darstellungsweise wie beim ersten Ausführungsbeispiel und mit der Schnittführung nach den Linien III-III und IV-IV, und F i g. 5 zeigt einen Vertikalschnitt quer zur Kurbelwellenachse nach der Linie V-V in F i g. 3. Die Darstellung der F i g. 5 ist auch auf die Ausführungsform nach F i g. 1 anwendbar. Die Zeichnung beschränkt sich jeweils auf einen Teilbereich der Brennkraftmaschine, der sich etwa über zwei benachbarte Zylindereinheiten erstreckt.
• Bei beiden Zylinderkopfausführungen schließt an der Oberseite des Zylinderkopfes 1 unter Beilage einer Dichtung 4 die Zylinderkopfhaube 2 an, die durch einen Deckel 3 unter Beilage einer Dichtung 5 nach oben abgeschlossen ist. Die Einspritzdüse 6 jeder Zylindereinheit, welche in der Zylinderachse angeordnet ist, ist mit ihrem Düsenhalter 7, der von einem Düsenhalterschutzrohr 8 ummantelt ist, in eine durchgehende Bohrung des Zylinderkopfes 1 eingesetzt.
• Je Zylindereinheit sind zwei Einlaßventile 9 und 9' sowie zwei Auslaßventile 10 und 10' vorhanden, wobei die Einlaßventile 9, 9' sowie die Auslaßventile 10, 10' je paarweise in zur Kurbelwelle achsnormalen Ebenen angeordnet sind. Der Ventilantrieb befindet sich oberhalb des Zylinderkopfes 1 innerhalb der Zylinderkopfhaube 2 und umfaßt jeweils eine in vertikaler Richtung verschieblich geführte Brücke 11, welche die Bewegung des von der Stoßstange 13 angetriebenen Kipphebels 12 jeweils auf ein Einlaßventilpaar 9, 9' bzw. ein Auslaßventilpaar 101 10' überträgt.
• Die Einlaßkanäle 14, 14' der Einlaßventile 9, 9' sind zwecks Erzielung eines Eintrittsdralls der angesaugten Verbrennungsluft als Spiralkanäle ausgebildet und weisen etwa gleiche Form und Länge auf, so daß auch die Drallzahlen für beide Einlaßventile 9, 9' gleich sind. Die Einlaßkanäle 14, 14' sind zur Oberseite des Zylinderkopfes 1 emporgeführt, wobei sich bei der ersteren Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 die Einlaßkanäle 14 und 14' jeder Zylindereinheit noch innerhalb des Zy- linderkopfes 1 zu einem gemeinsamen Kanal 15 vereinigen, der in einen vertikalen Ansaugkanal 16 übergeht, welcher von einem Einsatzrohr 17 im Bereich des oberen Dichtflansches des Zylinderkopfes 1 gebildet ist. Die Ansaugkanäle 16 sämtlicher Zy- lindereinheiten liegen in der Symmetrieebene zwischen den Einlaßventilen 9 und 9', welche auch die Kurbelwellenachse der Maschine enthält.
• Bei dem Zylinderkopf nach F i g. 3 bis 5 ist die Lage der Einlaß- und Auslaßventile 9, 9' und 10, 10' aufeinanderfolgender Zylindereinheiten vertauscht, so daß die Einlaßventile 9, 9' jeweils zweier benachbarter Zylinder in bezug auf die Zufuhr der Verbrennungsluft zu einer Einheit zusammengefaßt werden können. Die Einlaßkanäle 14, 14' einer jeden solchen Ventilgruppe sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemeinsam zur Oberseite des Zy- linderkopfes 1 emporgeführt, vereinigen sich noch innerhalb des Zylinderkopfes 1 zu einem gemeinsamen Kanal 15', welcher gleichfalls im Bereich der oberen Dichtfläche des Zylinderkopfes 1 in eine vertikale Ansaugöffnung 16 übergeht. Die Ansaugöffnung 16 ist in diesem Fall in bezug auf die zugehörigen vier Einlaßventile mittig angeordnet.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen je Zylinder, welche Ventile senkrecht zur Kurbelwellenachse und in einer zu dieser Achse senkrechten Ebene liegen und wobei jedem Einlaßventil ein gegen die Zylinderkopfoberseite verlaufender Einlaßkanal zugeordnet ist, welche Einlaßkanäle an der Oberseite des Zylinderkopfes in einen gemeinsamen Ansaugkanal übergehen, wobei ihre Mündungsquerschnitte zueinander parallel liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanäle (14, 143 in gleichfalls an sich bekannter Weise wenigstens annähernd gleiche Form und Länge aufweisen.
2. 2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem zweiten Zylinder die Lage der Einlaß- und Auslaßventile (9,9' bzw. 10, 10') vertauscht ist und die vier Einlaßkanäle (14,14') jeweils zweier benachbarter Zylinder in den gemeinsamen, symmetrisch zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine und vorzugsweise mittig in bezug auf die zugehörigen Einlaßventile (9, 9') liegenden Ansaugkanal (16) übergehen.