DE4011292C2 - Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brenn­ kraftmaschine mit je zwei hängend angeordneten Einlaß- und Aus­ laßventilen für jeden Zylinder, von denen jeweils ein Einlaß- und ein Auslaßventil bezüglich der Zylinderachse einander gegenüber­ liegen und die durch die Achsen der gegenüberliegenden Ventile gelegten Ebenen zueinander einen Winkel von 90° einschließen, und zum in bezug auf den Drehsinn der Verbrennungsluft im Zylinder ersten Einlaßventil ein Kanal und zum zweiten Einlaßventil ein Tangentialkanal führen, und die durch das erste Einlaßventil und das bezüglich der Zylinderachse gegenüberliegende Auslaßventil gelegte Ebene mit der zur Motorlängsmittelebene senkrechten Ebene einen spitzen Winkel einschließt, der vorzugsweise zwischen 15° und 60° liegt, wobei der zum ersten Einlaßventil führende Kanal und der zum zweiten Einlaßventil führende Tangentialkanal zu einem einzigen Kanal vereinigt von derselben Seitenwand des Zy­ linderkopfes ausgehen, und wobei zwischen den beiden Einlaßventi­ len eine Strömungs-Trennwand vorgesehen ist.

Bei Zylinderköpfen für Motoren mit drei oder mehr Ventilen pro Zylinder kann es bei kleinen Zylinderbohrungen sehr schwierig werden, genügend Platz für die mehrventiligen Einlaßkanäle be­ reitzustellen, um ausreichende Strömungsquerschnitte zu errei­ chen. Besonders dann, wenn eine drallbehaftete Strömung für die Gemischaufbereitung und Verbrennung benötigt wird, werden die Platzverhältnisse schwierig, da vorzugsweise eine Spiral- Schrägkanal-Kombination eingesetzt wird. Bei dieser Kombina­ tion, welche in der AT-PS 326 422 beschrieben ist, ist jene An­ ordnung gewählt, bei der, in Strömungsrichtung der Verbren­ nungsluft im Zylinder gesehen, der Spiralkanal vor dem Tangenti­ alkanal zu liegen kommt, weil dann eine optimale gegenseitige Unterstützung der aus dem Ventilspalt strömenden Luft zu einer Drallströmung erfolgt.

Die DE-GM 72 03 994 beschreibt einen Zylinderkopf für eine Brenn­ kraftmaschine der eingangs genannten Art mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen. Die zu den beiden Einlaßventilen führenden Kanäle gehen von einem gemeinsamen Kanal aus, welcher durch eine Strömungs-Trennwand in zwei Teilkanäle aufgeteilt wird. Der zum zweiten Einlaßventil führende Einlaßkanal ist dabei als Tangen­ tialkanal ausgebildet. Da der zum ersten Einlaßventil führende Kanal offensichtlich nicht als Spiralkanal ausgebildet ist, tritt die genannte Problematik hier nicht auf.

Aus der DE-AS 20 35 939 ist eine im Einlaßdrallkanal von Ein­ spritzbrennkraftmaschinen zur Änderung des Dralls angeordnete Leiteinrichtung bekannt, deren Gestalt veränderbar ist, wobei ihre Fläche parallel zur Drallachse verläuft. Dadurch sollen fer­ tigungstechnisch bedingte Abweichungen der Drallwerte der Einlaß­ kanäle ausgeglichen, eine unmittelbare Regelung des in den Zylin­ der eintretenden Luftdralles erreicht und damit über einen größe­ ren Drehzahlbereich ein günstiges Betriebsverhalten und eine gute Verbrennung erzielt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für einen Zylinderkopf mit zwei Einlaß und zwei Auslaßventilen eine platzsparende Anordnung der Einlaßkanäle für eine strömungsmäßig günstige drallbehaftete Ein­ laßströmung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zum ersten Einlaßventil führende Kanal ein Spiralkanal ist, der zum zweiten Einlaßventil führende Tangentialkanal vom vereinigten Kanal im Bereich der zum ersten Einlaßventil führenden Kanalspirale ab­ zweigt, und daß - im Grundriß betrachtet - die Strömungs-Trenn­ wand vollständig innerhalb des Umrisses des Zylinders liegt.

Wesentlich dabei ist, daß beide Einlaßventile über einen Kanal­ flansch versorgt werden und in diesem Bereich keine trennende Wand zwischen dem vorne liegenden Spiralkanal und dem Tangenti­ alkanal liegt, sodaß die fehlende Trennwand eine günstige Ausle­ gung der Querschnittsfläche erlaubt. Die Trennwand kann parallel zu den Ventilachsen oder aber auch senkrecht dazu verlaufen. Bei dieser Ausbildung der Trennwand kann bei der Entwicklung des Zy­ linderkopfes die Trennwand zunächst reichlich lang ausgeführt und sodann durch schrittweises Kürzen die einerseits für die Her­ stellung und andererseits hinsichtlich der Strömungsverhältnisse beste Länge gefunden werden.

Im Rahmen der Erfindung kann auch der äußerste Teil der Strö­ mungs-Trennwand als eine schwenkbare Klappe von solcher Breite ausgebildet sein, daß sie den Strömungsquerschnitt des Spiralka­ nals bzw. Tangentialkanals in der in diese eingeschwenkten Stel­ lung mindestens größtenteils abschließt. Damit kann eine Steuerung des Dralles erreicht werden, weil in einer Stellung der Klappe beide Einlaßventile voll beaufschlagt werden, wobei ein vorbestimmter Drall erzeugt wird. Wird die Klappe in den Zulauf zum Spiralkanal oder Tangentialkanal hinein verschwenkt, so wird der Anteil der in den Zylinder gelangenden drallbehafteten Luft und damit das Drallniveau im Zylinder verändert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes gemäß der Erfindung im Axialschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den selben Zylinderkopf bei abgenom­ menem Deckel,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt entsprechend Fig. 3 in vergrößerter Darstellung, wobei die Bezugs­ zeichen für gleichartige Teile unverändert beibehalten wurden.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte wassergekühlte Vier­ takt-Brennkraftmaschine ist mehrzylindrig; es ist jedoch nur der Zylinderkopf 3 im Bereich eines Zylinders 4 dargestellt. Die Lauffläche des Zylinders 4 ist mit 4' bezeichnet. Der Zy­ linderkopf 3 weist je zwei hängend angeordnete Einlaß­ ventile 1, 1' und zwei Auslaßventile 2, 2' auf, wobei sich je­ weils ein Einlaßventil und ein Auslaßventil bezüglich der Zy­ linderachse 5 gegenüberliegen. Die durch die Achsen der Ven­ tile 1' und 2 gelegte Ebene 9 und die durch die Achsen der Ventile 1 und 2' gelegte Ebene 10 sind durch je eine strich­ punktierte Linie angedeutet. Die beiden Ebenen 9 und 10 schließen zueinander einen Winkel von 90° ein. Die Ebene 9 schließt gegenüber der zur Motorlängsmittelebene 6 senkrechten Ebene 11 einen spitzen Winkel α ein, der vorzugsweise zwischen 15° und 60° liegen kann.

Die Betätigung der Einlaßventile 1 und 1' als auch der Auslaß­ ventile 2 und 2' erfolgt durch die Nockenwelle 21, welche im Zylinderkopf 3 gelagert ist. In Fig. 1 ist der Antrieb der Einlaßventile 1 und 1' dargestellt. Dieser erfolgt durch die Nockenwelle 21 über einen Kipphebel 22, welcher auf der Achse 23 schwenkbar gelagert ist und am Nocken 34 mit einer Rolle 24 angreift. Die beiden Ventile 1 und 1' werden gleich­ zeitig über die Brücke 25 betätigt, welche auf dem mit dem Zy­ linderkopf 3 fest verbundenen Bolzen 26 axial gleitbar gela­ gert ist. Diese Brücke greift an den von Druckfedern 27 über Federteller 28 belasteten Einlaßventilen 1 und 1' an, wobei eine Einstellmöglichkeit durch die Stellschraube 29 gegeben ist. Der Kipphebel 22 greift an der Brücke 25 über eine wei­ tere Stellschraube 30 an. Die Auslaßventile 2 und 2' werden analog über einen Kipphebel 31 vom Nocken 32 der Nocken­ welle 21 betätigt. Über den mittleren Nocken 35, die Rolle 36 und, den Kipphebel 37 wird die mit ihrer Achse in der Zylinder­ achse 5 angeordnete Pumpedüse in nicht näher dargestellter Weise angetrieben. Die beschriebenen Steuerungselemente sind durch den Deckel 33 abgedeckt.

Zum Einlaßventil 1 führt ein Tangentialkanal 7 und zum Einlaß­ ventil 1' ein Spiralkanal 8, dessen Kanalspirale mit 8' be­ zeichnet ist. Die beiden Kanäle 7 und 8 zweigen von dem einzi­ gen die Seitenwand 12 des Zylinderkopfes durchsetzenden Ka­ nal 13 ab. Der zum Einlaßventil 1' führende Spiralkanal 8 liegt im Bezug auf den durch den Pfeil 16 angedeuteten Dreh­ sinn der Zylinderladung vor dem Einlaßventil 1, zu welchem der Tangentialkanal 7 führt. Dies ist wesentlich, weil auf diese Weise der durch den Drallkanal 8 erzeugte Drall der Verbren­ nungsluft im Zylinder durch den Tangentialkanal 7 verstärkt wird.

Von den beiden Auslaßventilen 2 und 2' gehen Auslaßkanäle 17 und 18 aus, die sich zu einem gemeinsamen Auslaßkanal 19 ver­ einigen, welcher der der Seitenwand 12 des Zylinderkopfes ge­ genüberliegenden Seitenwand 20 ausmündet.

Die Strömung im Saugkanal 13 wird durch die Strö­ mungs-Trennwand 14, welche sich im Bereich der Kanalspirale 8' zum Einlaßventil 1' befindet, durch die Formgebung und insbe­ sondere ihre Länge in vorbestimmter Weise aufgeteilt.

Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von jener nach den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen dadurch, daß die Strö­ mungs-Trennwand 14 in einer um einen Zapfen 15" schwenkbaren Klappe 15 endet, die je nach gewählter Schwenkrichtung den Strömungsquerschnitt des Spiralkanals 8 oder des Tangentialka­ nals 7 mindestens größtenteils abschließen kann. In Fig. 4 sind zwei Endstellungen der Klappe 15 dargestellt, wobei die Schließstellung im Spiralkanal 8 gestrichelt dargestellt und mit 15' bezeichnet ist. Durch diese Klappe, die auch in den Tangentialkanal 7 hineinschwenkbar sein kann, ist es möglich, den Drall der Zylinderladung entsprechend, z. B. abhängig von der Motorleistung, zu beeinflussen.

Claims (3)

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit je zwei hän­ gend angeordneten Einlaß- (1', 1) und Auslaßventilen (2, 2') für jeden Zylinder (4), von denen jeweils ein Einlaß- (1, 1') und ein Auslaßventil (2', 2) bezüglich der Zylinder­ achse (5) einander gegenüberliegen und die durch die Achsen der gegenüberliegenden Ventile (1', 2; 1, 2') gelegten Ebe­ nen (9; 10) zueinander einen Winkel (α) von 90° einschlie­ ßen, und zum in bezug auf den Drehsinn der Verbrennungsluft im Zylinder (4) ersten Einlaßventil (1') ein Kanal und zum zweiten Einlaßventil (1) ein Tangentialkanal (7) führen, und die durch das erste Einlaßventil (1') und das bezüglich der Zylinderachse (5) gegenüberliegende Auslaßventil (2) gelegte Ebene (9) mit der zur Motorlängsmittelebene (6) senkrechten Ebene (11) einen spitzen Winkel (α) einschließt, der vorzugsweise zwischen 15° und 60° liegt, wobei der zum ersten Einlaßventil (1') führende Kanal und der zum zweiten Einlaßventil (1) führende Tangentialka­ nal (7) zu einem einzigen Kanal (13) vereinigt von dersel­ ben Seitenwand (9) des Zylinderkopfes (3) ausgehen, und wo­ bei zwischen den beiden Einlaßventilen (1, 1') eine Strö­ mungs-Trennwand (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeich­ net, daß der zum ersten Einlaßventil (1') führende Kanal ein Spiralkanal (8) ist, der zum zweiten Einlaßventil (1) führende Tangentialkanal (7) vom vereinigten Kanal (13) im Bereich der zum ersten Einlaßventil (1') führenden Kanal­ spirale (8') abzweigt, und daß - im Grundriß betrachtet - die Strömungs-Trennwand (14) vollständig innerhalb des Um­ risses des Zylinders (4) liegt.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Trennwand (14) zu den Wänden des Kanals (13) geneigt ausgebildet ist.

3. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der äußerste Teil der Strömungs-Trennwand (14) als eine schwenkbare Klappe (15) von solcher Breite ausgebildet ist, daß sie den Strömungsquerschnitt des Spiralkanals (8) bzw. Tangentialkanales (7) in der in diese eingeschwenkten Stellung mindestens größtenteils abschließt.