DE1906443B2 - Zylinderkopf für luftverdichtende, direkt-einspritzende Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

sen, zur Motorfrequenz gleich 5 ist, und wenn das Geschwindigkeitsprofil in radialer Richtung zwischen ν = konstant und v/r = konstant liegt, wobei ν die Luftgeschwindigkeii im Zylinder und r den Radius des Zylinders darstellen.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestell- *en Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf,

F i g. 2 ein Schaubild des Geschwindigkeitsverlaufes der Luft im Zylinder, in radialer Richtung gesehen.

In F i g. 1 sind über dem durch eine strichlierte Linie angedeuteten Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine in einem Zylinderkopf 2 auf einer im Abstand a neben der Motoriängsachse 3 verlaufenden Parallelen 4 zwei Einlaßventile 5,6 und auf der anderen Motorseite zwei Auslaßventile 7, 8 angeordnet. Ein Pfeil 9 zeigt die gewünschte Drehrichtung der Verbrennungsluft im Zylinder 1 an und mit D ist der Durchmesser des Zylinders 1 bezeichnet. Während den Auslaßventilen 7, 8 ein gemeinsamer Auslaßkanal 10 zugeordnet ist, weisen die Einlaßventile 5, 6 je einen getrennten, parallel zum Zylinderkopfboden verlaufenden Einlaßkanal 11 bzw. 12 auf. Der Kanal 11 ist zur Erzeugung einer dem Pfeil 9 entsprechenden Luftdrehung im Zylinder 1 als Tangentialkanal ausgebildet.

Zwischen den Einlaßkanälen 11, 12 ist eine Bohrung 13 zum Einführen der nicht dargestellten Düse vorgesehen, deren Abspritzpunkt 14 in einem Abstand R von der Zylindermitte entfernt liegt. Um eine die Düse umschließende Wand ist ein Kühlwasserraum 16 vorgesehen, welcher insbesondere von den Wänden der Einlaßkanäle 11, 12 begrenzt wird. In den Wandungen zwischen dem Kühlwasserraum 16 und den Ladungswechselkanälen sind Bohrungen 18 für die Zylinderkopfschrauben vorgesehen.

Die Bohrung 13 für die Düse ist also zwischen den Einlaßkanälen 11, 12 angeordnet. Aus Platzgründen ist es nicht möglich, den zweiten Einlaßkanil 12 ebenfalls als Tangentialkanal auszubilden, damit er der einströmenden Luft die gleiche Drehbewegung erteilen könnte wie der Kanal 11. Er gibt folglich der Luft zunächst eine Strömungsrichtung, wie sie durch den Pfeil 17 angedeutet ist. Diese Strömungsrichtung hat im ersten Teil des Kanals 12 einen Drehsinn, welcher der gewünschten Drehrichtung (Pfeil 9) der Luft im Zylinder entgegengerichtet ist. In seinem weiteren Verlauf erhält der Kanal 12 aber im Bereich des Kanalabschnittes 12a eine bedeutende Richtungsänderung, die durch auftretende Sekundärströmungen derart verläuft, daß die weitere Luftströmung so beeinflußt und fortgeführt wird, daß sie im Bereich des Kanalabschnittes 12£>, also im Bereich des zugehörigen Einlaßventils 6, in Richtung des Drehsinns des Pfeiles 9 verläuft.

In F i g. 2 wird auf der Ordinate die Geschwindigkeit ν der Luft und auf der Abszisse der Radius r des Zylinders aufgetragen. Die beiden Einlaßkanäle 11,12 sollen eine Längsgeschwindigkeit der Luft bewirken, welche zwischen ν = konstant und v/r = konstant liegt und abhängig vom Radius r etwa der Kurve ν entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zylinderkopf für luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschinen, welche nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, mit zwei auf einer Parallelen zur Motorlängsachse liegenden Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen, wobei der Abstand der die Mitten der Einlaßventile bestimmenden Parallelen von der Motorlängsachse das 0,15fache des Zylinder-Durchmessers beträgt, mit entsprechenden, auf derselben Motorseite wie die Ventilmitten und etwa parallel zum Zylinderkopfboden angeordneten Einlaß- und Auslaßkanälen, erstere zur Erzeugung einer gleichgerichteten, intensiven Drehbewegung der Verbrennungsluft um die Zylinderachse, wobei einer der Einlaßkanäle als Tangential-Kanal ausgebildet ist, während der andere ursprünglich zwar tangential, jedoch dem gewünschten Drehsinn der Luft im Zylinder entgegengesetzt verläuft und erst kurz vor Einmündung in den Zylinder einen die Luft im richtigen Drehsinn umlenkenden Bogen von ca. 130° aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise von einem Kühlwasserraum (16) umgebene Bohrung (13) für die Einspritzdüse exzentrisch zur Zylindermitte zwischen den beiden Einlaßkanälen (11,12) angeordnet ist.

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   Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für luftverdichtende, direkteinspritzende Brennkraftmaschinen, welche nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, mit zwei auf einer Parallelen zur Motorlängsachse liegenden Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen, wobei der Abstand der die Mitten der Einlaßventile bestimmenden Parallelen von der Motorlängsachse das 0,15fache des Zylinder-Durchmessers beträgt, mit entsprechenden, auf derselben Motorseite wie die Ventilmitten und etwa parallel zum Zylinderkopfboden angeordneten Einlaß- und Auslaßkanälen, erstere zur Erzeugung einer gleichgerichteten, intensiven Drehbewegung der Verbrennungsluft um die Zylinderachse, wobei einer der Einlaßkanäle als Tangential-Kanal ausgebildet ist, während der andere ursprünglich zwar tangential, jedoch dem gewünschten Drehsinn der Luft im Zylinder entgegengesetzt verläuft und erst kurz vor Einmündung in den Zylinder einen die Luft im richtigen Drehsinn umlenkenden Bogen von ca. 130° aufweist.

   Ein solcher Zylinderkopf ist nach der US-PS 30 54 390 bereits bekannt. Er wurde insbesondere zur Einhaltung einer niedrigen Bauhöhe entwickelt und bringt zudem trotz einengender baulicher Verhältnisse noch eine Reihe anderer Vorteile. So wird beispielsweise eine einfache Zusammenfassung von je drei Zylindern mit 240° Zündabstand zu einem Einlaßrohr möglich, die Bohrungen für die Zylinderkopfschrauben können nahezu symmetrisch um den Zylinder angeordnet werden, so daß eine unsymmetrische Verformung desselben während des Arbeitstaktes und damit ein Durchblasen der Dichtung vermieden wird. Bei einer parallel zur Motorlängsachse verlaufenden Kipphebelwelle werden unterschiedliche Einlaßventilerhebungen vermieden und schließlich wird durch die Anordnung der Einlaßkanäle auch bei niedriger Bauhöhe eine Möglichkeit eines kleinen Zylinderabstandes geschaf

   Bei dem anfangs genannten Verbrennungsverfahren, für das der Zylinderkopf Verwendung finden soll, wird der Kraftstoff zum größten Teil in Form eines dünnen Films auf die Wand des mittig im Kolben angeordneten Brennraumes gespritzt und dann durch die im Brennraum rotierende Luft allmählich abgelöst und verdampft, bevor er verbrennt. Das Verfahren zeichnet sich besonders durch ein niedriges Verhältnis des Spitzendruckes zum mittleren effektiven Druck aus.

   Für die Leistungsausbeute eines solchen Motors ist die Drehfrequenz der Verbrennungsluft im Zylinder von ausschlaggebender Bedeutung, welche ihrerseits von der Ausbildung und Anordnung der Einlaßventile und der Einlaßkanäle abhängig ist. Ferner ist es, um einen möglichst großen Kraftstoffanteil auf die Brennraumwand auftragen zu können, wichtig, eine bestmögliche Lage und Anordnung dor Düse und den günstigsten Abspritzpunkt zu wählen. Bei der entsprechenden Ausbildung eines solchen Zylinderkopfes muß schließlich noch berücksichtigt werden, daß bei hoch wärmebelasteten Motoren eine ausreichende Kühlung der Düse vorhanden ist, und daß diese leicht ein- und ausgebaut werden kann.

   Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf der eingangs beschriebenen Art mit all seinen Vorteilen dahingehend weiterzuentwickeln, daß trotz der eingeengten Raumverhältnisse ohne Inkaufnahme von Nachteilen eine sichere Kraftstoffeinspritzung gewährleistet ist und die Gemischbildung und damit die Verbrennung verbessert wird.

   Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in an sich bekannter Weise von einem Kühlwasserraum umgebene Bohrung für die Einspritzdüse exzentrisch zur Zylindermitte zwischen den beiden Einlaßkanälen angeordnet ist.

   Durch eine derartige Ausbildung bzw. Anordnung brauchen die Raumverhältnisse des bekannten Zylinderkopfes nicht verändert und die gedrängte Bauweise kann voll beibehalten werden. Die Umhüllung der Einspritzdüse durch einen Kühlwasserraum und die Anordnung zwischen den beiden Einlaßkanälen bringt den Vorteil mit sich, daß die Düse ausreichend und vor allem gleichmäßig gekühlt wird. Ein Verkoken oder Hängenbleiben der Düsennadel kann daher nicht auftreten und die Kraftstoffeinspritzung erfolgt, was bei einer Kraftstoff-Wandauftragung wichtig ist, genau nach Vorschrift. Sie ändert sich nicht mit den Temperaturänderungen des Motors. Läge die Düse zwischen den Auslaßkanälen, so wäre eine ausreichende Kühlung unmöglich, läge sie zwischen einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal, wäre mit einer ungleichmäßigen Kühlung zu rechnen. Als wesentlich jedoch für die Gemischbildung ist anzusehen, daß der Kraftstoff zum Teil durch die über den ersten Einlaßkanal eingeführte Luft hindurchgespritzt wird und durch die über den zweiten Einlaßkanal eintretende Frischluft zu einem größeren Film auf der Brennraumwand ausgebreitet wird, wodurch eine günstigere Verdampfung und Ablösung von der Wand erfolgt. Dabei hat sich gezeigt, daß es sehr zweckmäßig ist, wenn der den Bogen aufweisende Einlaßkanal derart ausgebildet ist, daß in ihm Sekundärströmungen erzeugt werden, welche in Verbindung mit dem ersten Einlaßkanal eine Einströmung der Luft in den Zylinder derart bewirken, daß bei einer stationären Längsgeschwindigkeit im Zylinder von 10 m/sec das Verhältnis der Drehfrequenz der Luft, im Abstand von 0,7fachem Zylinderdurchmesser gemes-