DE3917083C2

DE3917083C2 - Reciprocating internal combustion engine with a cylinder head equipped with charge exchange valves

Info

Publication number: DE3917083C2
Application number: DE3917083A
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 2000-12-14
Anticipated expiration: 2009-05-27
Also published as: DE3917083A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei derartigen Brennkraft maschinen, bei denen also die Frischgas- und Abgaskanäle im wesent lichen von oben her in den Brennraum einmünden, können die Strömungs bereiche einzelner Ventile durch die Form des Brennraums bzw. des Brennraumanteils im Zylinderkopf nachteilig beeinflußt werden. Dies gilt insbesondere bei Brennkraftmaschinen nach Art von Reihen-V- Maschinen, bei denen die Achsen der Zylinder der beiden Zylinderrei hen relativ kleine V-Winkel einschließen. Dieser Maschinentyp bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere kleine Querabmessungen des Zylinderblocks und damit die Möglichkeit der Verwendung eines einteiligen Zylinderkopfes für beide Zylinderreihen sowie einen geringen Ventiltriebsaufwand. Die Ausbildung des Ventiltriebs erfordert dabei häufig die Anordnung eines der Ventile so, daß seine Achse senkrecht auf der Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinder steht, also unter einem dem halben V-Winkel entsprechen den Winkel gegen die Zylinderachse geneigt ist. Insgesamt folgt aus der Anordnung der Ventile eine in Querschnitten durch die Maschine etwa keilförmige Vertiefung im Zylinderkopf mit einer bestimmten Brennraumhöhe unterhalb des eben beschriebenen "geraden" Ventils. Der im Bereich der Trennebene infolge des V-Winkels ellip senförmige Zylinderquerschnitt bestimmt die Brennraumbegrenzung, so daß der Strömungsbereich des geraden Ventils des betrachteten Zylinders aufgrund der Brennraumhöhe negativ beeinträchtigt wird und Liefergradeinbußen auftreten.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine according to the preamble of claim 1. With such internal combustion machines in which the fresh gas and exhaust gas ducts essentially flow into the combustion chamber from above, the flow can areas of individual valves due to the shape of the combustion chamber or of the combustion chamber portion in the cylinder head are adversely affected. This applies in particular to internal combustion engines in the manner of series V Machines in which the axes of the cylinders of the two rows of cylinders Include relatively small V-angles. This type of machine offers a number of advantages, in particular small transverse dimensions of the cylinder block and thus the possibility of using a one-piece cylinder head for both cylinder rows and one low valve train effort. The formation of the valve train often requires the arrangement of one of the valves so that its axis perpendicular to the parting plane between the cylinder head and the cylinder is at a half V-angle the angle is inclined against the cylinder axis. Overall follows from the arrangement of the valves one in cross sections through the Machine approximately wedge-shaped depression in the cylinder head with a certain combustion chamber height below the "straight" just described Valve. The ellip in the area of the parting plane due to the V-angle Sen-shaped cylinder cross-section determines the combustion chamber limitation, so that the flow area of the straight valve of the considered Cylinder is adversely affected due to the height of the combustion chamber and loss of delivery.

Aus der gattungsgemäßen JP 58-174117 ist eine mit einem Zylinder, einem Zylinderkopf und diesem zugeordneten Ladungswechselventilen ausgestattete Kolbenbrennkraftmaschine bekannt. Ein im Zylinderkopf ausgebildeter Brennraum weist eine Vertiefung derart auf, daß der Zylinderinnenraum neben den Ladungswechselventilen jeweils eine Erweiterung aufweist, deren Maximalwert im Bereich der Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock liegt.JP 58-174117 is a type with a cylinder, a cylinder head and associated with this charge exchange valves Piston engine known. A combustion chamber formed in the cylinder head has a recess such that the cylinder interior next to the Charge exchange valves each have an extension, the maximum value in Area of the parting plane between the cylinder head and the cylinder block.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch einfache konstruktive Maßnahmen unter Verzicht auf zusätzliche Bauteile letztlich durch die Brennraumbegrenzung verursachten Liefergradeinbußen entgegenzu wirken.The invention has for its object by simple constructive Measures without additional components ultimately through to counteract the reduction in the degree of delivery caused by the combustion chamber limitation Act.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The achievement of this task consists in the characterizing nenden features of claim 1, advantageous training the invention describe the subclaims.

Die Erfindung löst die definierte Aufgabe also in äußerst einfacher Weise, nämlich durch eine örtliche Brennraumerweiterung neben zumindest einem der Ventile, insbesondere dem oben definierten "geraden" Ventil des betrachteten Zylinders.The invention solves the defined task in an extremely simple manner Way, namely by a local expansion of the combustion chamber alongside at least one of the valves, in particular the one defined above "straight" valve of the cylinder under consideration.

Bei schräg verlaufenden Zylindern, wie sie für Reihen-V-Maschinen charakteristisch sind, bieten die Maßnahmen nach Patentanspruch 4 die vorteilhafte Möglichkeit, eine Hubraumvergrößerung allein durch Vergrößerung des Durchmessers des Zylinderinnenraums (Zylinder bohrung) ohne Änderungen am Zylinderkopf vorzunehmen.With inclined cylinders, such as those for inline V machines are characteristic, offer the measures according to claim 4 the advantageous possibility of increasing the displacement alone by increasing the diameter of the cylinder interior (cylinder bore) without making changes to the cylinder head.

Infolge der begrenzten axialen Erstreckung der zumindest einen Erweiterung des Zylinderinnenraums ergibt sich insbesondere unter einem geraden Ventil eine beachtliche Erweiterung der Brennraum begrenzung, ohne daß die Feuersteghöhe am Kolben in unzulässigem Maße verringert wird. Das Ergebnis ist also eine deutlich verbes serte Gasströmung um die Ventilkörper in Verbindung mit einer günstigeren Strömungsführung durch die Teilkegelform der Erweiterung.As a result of the limited axial extension of the at least one Expansion of the cylinder interior results in particular under a straight valve a considerable expansion of the combustion chamber limitation without the top land height on the piston being inadmissible Dimensions is reduced. So the result is clearly better gas flow around the valve body in connection with a more favorable flow through the partial cone shape of the extension.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall einer Reihen-V- Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Querschnitt durch die hier interessierenden Teile der Maschine wiedergibt. An embodiment of the invention in the case of a row V Internal combustion engine for a motor vehicle is based on the following the drawing explains a cross section through here parts of the machine that are of interest.

Die Hauptbestandteile der Maschine sind der Zylinderblock 1, in dem die beiden Zylinder 2 und 3 mit ihren Zylinderinnenräumen (Bohrungen) 4 und 5 sowie die Hubkolben 6 und 7 mit ihren oberen Kolbenkanten 8 und 9 erkennbar sind, sowie der Zylinderkopf 10. Dieser enthält den Einlaßkanal 11 mit dem Einlaßventil 12 sowie den Auslaßkanal 13 mit dem Auslaßventil 14; der ebenfalls im Zylin derkopf 10 untergebrachte Ventiltrieb besitzt einen bekannten, hier nicht interessierenden Aufbau und ist daher nicht gezeichnet.The main components of the machine are the cylinder block 1 , in which the two cylinders 2 and 3 with their cylinder interiors (bores) 4 and 5 and the reciprocating pistons 6 and 7 with their upper piston edges 8 and 9 can be seen, as well as the cylinder head 10 . This contains the inlet channel 11 with the inlet valve 12 and the outlet channel 13 with the outlet valve 14 ; The valve head also housed in the cylinder head 10 has a known structure which is not of interest here and is therefore not shown.

Betrachtet man nochmals die den beiden Zylinderreihen zugehörigen Zylinder 2 und 3, so sind die Zylinderachsen 15 und 16, die sich auf der Kurbelwellenachse 17 schneiden, gegeneinander symmetrisch bezüglich der senkrechten Maschinenlängsebene 18 unter Bildung des V-Winkels geneigt. Damit ergibt sich, daß die Zylinderachsen 15 und 16 die Trennebene 19 zwischen Zylinderblock 1 und Zylinderkopf 10 (die Zylinderkopfdichtungen sind nicht gezeichnet) unter einem von 90° abweichenden Winkel durchsetzen. Demgegenüber verläuft die Achse 20 des "geraden" Ventils 12 senkrecht zu dieser Ebene. Ohne die erfindungsgemäße Maßnahme, d. h. bei rein zylindrischer Ausbildung des Zylinderinnenraums 4, würde die in der Figur linke Begrenzungswand der Brennraumvertiefung 21 im Zylinderkopf 10 so nah am Ventil 12 verlaufen, daß dadurch der Liefergrad nachteilig beeinflußt wäre. Die Erfindung wirkt dem dadurch entgegen, daß an dieser Stelle einander überdeckende Erweiterungen 22, 23 der Vertiefung 21 des Zylinderinnenraums 4 vorgesehen sind, wobei diese Erweiterungen dadurch gewonnen sind, daß ihre linken Begren zungsflächen 22' und 23' auf gegenläufigen Kegeln liegen, deren Achsen mit der Zylinderachse 15 zusammenfallen. Die Erweiterungen lassen sich demgemäß leicht durch Einsatz eines Kegelfräsers herstel len.If the cylinders 2 and 3 belonging to the two rows of cylinders are considered again, the cylinder axes 15 and 16 which intersect on the crankshaft axis 17 are inclined towards one another symmetrically with respect to the vertical machine longitudinal plane 18 to form the V-angle. It follows that the cylinder axes 15 and 16 penetrate the parting plane 19 between the cylinder block 1 and the cylinder head 10 (the cylinder head gaskets are not shown) at an angle other than 90 °. In contrast, the axis 20 of the "straight" valve 12 extends perpendicular to this plane. Without the measure according to the invention, ie with a purely cylindrical design of the cylinder interior 4 , the boundary wall of the combustion chamber recess 21 in the cylinder head 10 , which is on the left in the figure, would run so close to the valve 12 that the degree of delivery would be adversely affected thereby. The invention counteracts this in that at this point overlapping extensions 22 , 23 of the recess 21 of the cylinder interior 4 are provided, these extensions being obtained in that their left limita tion surfaces 22 'and 23 ' lie on opposite cones whose axes coincide with the cylinder axis 15 . The extensions can therefore be easily manufactured by using a conical milling cutter.

Wie die Zeichnung ferner deutlich zeigt, erstreckt sich die Erwei terung 23 des Zylinderinnenraums 4 in axialer Richtung nur bis in Höhe der oberen Kolbenkante 8 bei OT-Stellung des Kolbens, so daß eine ausreichende Feuersteghöhe am Kolben gewährleistet ist. As the drawing also clearly shows, the extension 23 of the cylinder interior 4 extends in the axial direction only up to the height of the upper piston edge 8 at TDC position of the piston, so that a sufficient top land height on the piston is ensured.

Durch diese fluchtenden Erweiterungen 22 und 23 seitlich neben dem Ventil 12 wird die Gasströmung um dieses Ventil deutlich verbes sert und auch eine günstige Strömungsführung durch die kegelförmige Begrenzungswand 23' erzielt.By these aligned extensions 22 and 23 laterally next to the valve 12 , the gas flow around this valve is significantly improved and also a favorable flow guidance through the conical boundary wall 23 'is achieved.

In dem betrachteten Fall einer Reihen-V-Maschine bietet die Erfin dung in ihrer beschriebenen Ausführungsform den weiteren Vorteil, daß eine Vergrößerung des Hubraums allein durch Vergrößerung der Bohrung, also des Durchmessers des Zylinderinnenraums 4, ohne Änderungen im Bereich des Zylinderkopfes 10 vorgenommen werden kann.In the considered case of an in-line V-machine, the inven tion in its described embodiment has the further advantage that an increase in the displacement can be made solely by enlarging the bore, that is, the diameter of the cylinder interior 4 , without changes in the area of the cylinder head 10 .

Die Erfindung bietet mithin die Möglichkeit, unter Vermeidung zusätzlicher Teile Liefergradschwierigkeiten durch den Verlauf der Brennraumwand im Bereich von Gaswechselventilen zu verhindern.The invention therefore offers the possibility of avoiding Additional parts delivery difficulty due to the course to prevent the combustion chamber wall in the area of gas exchange valves.

Claims

1. reciprocating piston internal combustion engine with at least one reciprocating piston ( 6 ) has the cylinder ( 2 , 3 ), and a cylinder head ( 10 ) in which the cylinder ( 2 , 3 ) assigned charge exchange valves ( 12 , 14 ) are arranged,
With a recess ( 21 ) in the cylinder head ( 10 ) facing the combustion chamber, which together with the cylinder interior ( 4 ) has an extension ( 22 , 23 ) next to one of the valves ( 12 , 14 ), the maximum value of which is in the area of a parting plane ( 19 ) lies between the cylinder head ( 10 ) and cylinder block ( 1 ) and which overlap one another,
characterized in that cylinder axes ( 15 , 16 ) of cylinders ( 2 , 3 ) assigned to offset rows of cylinders are arranged symmetrically to a central longitudinal plane ( 18 ) receiving a crankshaft axis ( 17 ) and perpendicular to the parting plane ( 19 ) and forming a V-angle are and the extensions ( 22 , 23 ) on both sides of this central longitudinal plane ( 18 ) are arranged on the outside next to the outer ( 12 ) of the gas exchange valves ( 12 , 14 ).

2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the extension ( 23 ) of the cylinder interior ( 4 ) extends at most up to the axial region of the upper piston edge ( 8 ) at TDC position of the piston ( 6 ).

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the expansions ( 22 , 23 ) are provided next to a valve ( 12 ) whose axis ( 20 ) extends perpendicular to the parting plane ( 19 ).

4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the extensions ( 22 , 23 ) by areas ( 22 ', 23 ') of opposing conical surfaces are limited, the axes of which coincide with the cylinder axis ( 15 , 16 ).