DE69922751T2

DE69922751T2 - Zylinderkopfstruktur einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69922751T2
Application number: DE69922751T
Authority: DE
Inventors: Ikurou Wako-shi Hara; Tomohiro Wako-shi Kanda; Shinichi Wako-shi Kobayashi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: EP0984149A2; EP0984149A3; EP0984149B1; DE69922751D1; JP2000073857A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor, welche Einlass- und Auslasskanäle vom Gegenströmungstyp aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Bei Verbrennungsmotoren sind solche, die Einlass- und Auslasssysteme vom Gegenströmungstyp aufweisen, bekannt, wobei Einlasskanäle und Auslasskanäle zusammen auf derselben Seite eines Zylinderkopfs vorgesehen sind, welcher mit einer Deck-Fläche eines Zylinderblocks verbunden ist (siehe die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 14092/1993).
Bei dem oben beschriebenen Verbrennungsmotor, welcher Einlass- und Auslasskanäle vom Gegenströmungstyp aufweist, besteht der Vorteil darin, dass die Breite des Zylinderkopfs in Querrichtung, d. h. die Breite in der Richtung senkrecht zur Achse einer Kurbelwelle, verringert werden kann. Da allerdings kein technisches Mittel zum Verringern der Länge in der axialen Richtung der Kurbelwelle bereitgestellt worden ist, und da der Freiheitsgrad zum Leiten zweier Einlasskanäle, welche mit zwei Einlassventilöffnungen in Verbindung stehen, klein ist, besteht das Problem, dass es schwierig ist, einen Aufbau bereitzustellen, welcher eine gewünschte Einlassleistung der Einlasskanäle sicherstellt, und gewünschte Verwirbelungseigenschaften können, wenn die Einlasskanäle als Verwirbelungskanäle gebildet sind, nicht erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände entworfen, und ihre Aufgabe ist es, eine neuartige Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche den Freiheitsgrad beim Leiten der Einlasskanäle verbessern kann, um einen gewünschten Aufbau derselben bereitzustellen, während der Zylinderkopf kompakt ausgeführt ist, welche soweit wie praktisch möglich verhindern kann, dass eine Grenzwand zweier Einlasskanäle dünnwandig wird, selbst wenn diese nah beieinander nebeneinander angeordnet sind, und welche eine hervorragende Verwirbelungsleistung bereitstellt, indem sie einen unbehinderten Aufbau des Verwirbelungskanals erlaubt.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, die Einlass- und Auslasskanäle vom Gegenströmungstyp aufweist, wobei die Einlass- und Auslasskanäle, die in einem Zylinderkopf gebildet sind und mit einer Brennkammer in Verbindung stehen, in einer konzentrierten Art und Weise auf einer Seite des Zylinderkopfs derart gebildet sind, dass sie in eine im Wesentlichen gleiche Richtung ausgerichtet sind, und stromaufwärtige Enden der Einlass- und Auslasskanäle in eine Seitenfläche des Zylinderkopfs münden, wobei in einer im Zylinderkopf gebildeten Brennkammerwand eine erste Einlassventilöffnung auf einer Seite, welche weiter von der einen Seitenfläche des Zylinderkopfs entfernt ist, und eine zweite Einlassventilöffnung, welche näher als diese ist, nebeneinander entlang einer Richtung senkrecht zu einer Achse einer Kurbelwelle münden; wobei ein erster Einlasskanal und ein zweiter Einlasskanal im Zylinderkopf jeweils unabhängig vertikal in zwei Abschnitten gebildet sind und deren Mittellinien einander kreuzen, wobei der erste Einlasskanal an einer Position oberhalb des zweiten Einlasskanals angeordnet ist und so gebildet ist, dass er länger ist als derselbe, der erste Einlasskanal ein stromabwärtiges Ende aufweist, das mit der ersten Einlassventilöffnung in Verbindung steht, der zweite Einlasskanal an einer Position unterhalb des ersten Einlasskanals angeordnet ist und so gebildet ist, dass er kürzer ist als derselbe, der zweite Einlasskanal ein stromabwärtiges Ende aufweist, das mit der zweiten Einlassventilöffnung in Verbindung steht, und stromaufwärtige Enden des ersten Einlasskanals und des zweiten Einlasskanals in die eine Seitenfläche des Zylinderkopfs münden. Gemäß der oben beschriebenen Struktur ist es möglich, den Zylinderkopf kompakt auszuführen, indem die Abmessungen des Zylinderkopfs in der axialen Richtung der Kurbelwelle und in der zu dieser axialen Richtung senkrechten Richtung verringert werden, und es ist möglich, die Einlasseffizienz zu verbessern, indem der Freiheitsgrad beim Leiten der beiden Einlasskanäle erhöht wird. Ferner ist es möglich, soweit wie praktisch möglich zu verhindern, dass eine Grenzwand zweier Einlasskanäle dünnwandig wird, selbst wenn diese nah beieinander nebeneinander angeordnet sind.
Zusätzlich ist in der obigen Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor, um die obige Aufgabe zu lösen, das stromabwärtige Ende des ersten Einlasskanals in eine Umfangsrichtung der Brennkammer gerichtet und bildet einen Verwirbelungskanal. Demgemäß kann der Einlasskanal in seiner Gesamtlänge als ein Verwirbelungskanal lang ausgeführt werden und erlaubt ein unbehindertes Leiten, wodurch es möglich gemacht wird, ein hohes Verwirbelungsverhältnis zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht eines Zylinderkopfs, von der Richtung von Pfeil I in 2 aus gesehen;
2 ist eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, von der Richtung von Pfeil II in 1 aus gesehen;
3 ist eine Ansicht des Zylinderkopfs von unten, von der Richtung von Pfeil III in 1 aus gesehen;
4 ist eine horizontale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie IV-IV in 1 genommen;
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie V-V in 2 genommen;
6 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VI-VI in 2 genommen;
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VII-VII in 2 genommen;
8 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VIII-VIII in 2 genommen;
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie IX-IX in 2 genommen;
10 ist eine fragmentarische vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie X-X in 2 genommen;
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche die räumliche Beziehung zwischen Einlasskanälen und Auslasskanälen illustriert; und
12 ist ein Diagramm, welches die Strömung von Kühlwasser illustriert.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen gegeben.
Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung bei einem Reihen-Vierzylinder-Viertakt-Dieselmotor implementiert ist. 1 ist eine Seitenansicht eines Zylinderkopfs, von der Richtung von Pfeil I in 2 aus gesehen; 2 ist eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, von der Richtung von Pfeil II in 1 aus gesehen; 3 ist eine Ansicht des Zylinderkopfs von unten, von der Richtung von Pfeil III in 1 aus gesehen; 4 ist eine horizontale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie IV-IV in 1 genommen; 5 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie V-V in 2 genommen; 6 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VI-VI in 2 genommen; 7 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VII-VII in 2 genommen; 8 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie VIII-VIII in 2 genommen; 9 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie IX-IX in 2 genommen; 10 ist eine fragmentarische vertikale Querschnittsansicht des Zylinderkopfs, entlang Linie X-X in 2 genommen; 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche die räumliche Beziehung zwischen Einlasskanälen und Auslasskanälen illustriert; und 12 ist ein Diagramm, welches die Strömung von Kühlwasser illustriert.
Ein Zylinderkopf CH ist mit einer Deck-Fläche eines Zylinderblocks CB mittels einer Dichtung verbunden, und eine Kopfabdeckung HC ist mittels einer Abdichtung an den Zylinderkopf CH gepasst. Der Zylinderkopf CH ist aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Fe, durch Gießen gebildet und ist in einer Draufsicht in einer rechteckigen Form gebildet. An der Unterseite des Zylinderblocks CB, welche Zylinderbohrungen zugewandt ist, sind vier Brennkammern 1 in einer geraden Reihe entlang dessen Längsrichtung, d. h. entlang der Axialrichtung einer Kurbelwelle, gebildet. Erste und zweite Einlassventilöffnungen 2₁ und 2₂ und erste und zweite Auslassventilöffnungen 3₁ und 3₂ münden jeweils in eine obere Wand jeder Brennkammer 1 derart, dass sie in einer Querrichtung des Zylinderkopfs CH nebeneinander angeordnet sind, d. h. in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle. Die erste Einlassventilöffnung 2₁ ist auf einer Seite angeordnet, welcher weiter weg von einer Seitenfläche des Zylinderkopfs CH ist, wo äußere Enden der Auslasskanäle 6 und 7, welche später beschrieben werden, münden, während die zweite Einlassventilöffnung 2₂ auf einer näher an dieser Seitenfläche liegenden Seite ist. Ähnlich ist die erste Auslassventilöffnung 3₁ auf der Seite angeordnet, welche weiter weg von dieser Seitenfläche des Zylinderkopfs CH ist, während die zweite Auslassventilöffnung 3₂ auf der Seite ist, welche näher an dieser Seitenfläche ist.
Die erste und die zweite Einlassventilöffnung 2₁ und 2₂ und die erste und die zweite Auslassventilöffnung 3₁ und 3₂ werden durch ein erstes und ein zweites Einlassventil und ein erstes und ein zweites Auslassventil auf übliche Art und Weise geöffnet und geschlossen. Zusätzlich ist ein Einspritzventileinpassloch 4, welches durch diese obere Wand geführt ist, in einem mittleren Abschnitt der oberen Wand jeder Brennkammer 1 vorgesehen und ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffeinspritzventil ist herausnehmbar in dieses Einpassloch 4 eingepasst. Weiterhin sind hohle zylinderförmige Ventilführungen 5 jeweils in der oberen Wand des Zylinderkopfs CH in im Wesentlichen mittleren Positionen auf den Mittellinien der ersten und der zweiten Einlassventilöffnung 2₁ und 2₂ und der ersten und der zweiten Auslassventilöffnung 3₁ und 3₂ so vorgesehen, dass sie die obere Wand durchdringen. Das erste und das zweite Einlassventil und das erste und das zweite Auslassventil sind jeweils in diese Ventilführungen 5 eingepasst.
Wie in 4 und 11 am deutlichsten gezeigt, sind der Einlasskanal 6 und der Auslasskanal 7 in einer konzentrierten Art und Weise im Zylinderkopf CH auf einer Seite desselben in einer Traversrichtung des Zylinderkopfs CH vorgesehen, d. h. in der Art einer Gegenströmung, entsprechend jeder Brennkammer 1. Innere Enden des Einlasskanals 6 und des Auslasskanals 7 stehen mit der Brennkammer 1 in Verbindung. Ferner münden ihre äußeren Enden in eine Seitenfläche des Zylinderkopfs und sind jeweils so ausgeführt, dass sie mit einem Einlasssystem und einem Auslasssystem (nicht gezeigt) in Verbindung stehen und daran angeschlossen sind.
Der Einlasskanal 6, welcher jeder Brennkammer 1 entspricht, umfasst einen ersten Einlasskanal 6₁ und einen zweiten Einlasskanal 6₂ , welche jeweils unabhängig voneinander sind. Dieser erste und dieser zweite Einlasskanal 6₁ und 6₂ sind in zwei Abschnitten derart vorgesehen, dass sie sich vertikal in der oberen Wand des Zylinderkopfs CH überlappen und ihre inneren Enden sind jeweils so ausgeführt, dass sie mit der ersten und der zweiten Einlassventilöffnung 2₁ und 2₂ in Verbindung stehen.
Unterdessen ist der Auslasskanal 7, welcher jeder Brennkammer 1 entspricht, so angeordnet, dass an der stromaufwärtigen Seite ein erster und ein zweiter Zweig-Auslasskanal 7₁ und 7₂ gabelförmig von einem Mittelab schnitt eines Auslasskanals 7₀ an der stromabwärtigen Seite abzweigen, der in eine Seitenfläche des Zylinderkopfs CH mündet. Der erste und der zweite Zweig-Auslasskanal 7₁ und 7₂ sind jeweils so ausgeführt, dass sie mit den oben erwähnten ersten und zweiten Auslassventilöffnungen 3₁ und 3₂ in Verbindung stehen.
Als nächstes wird mit Bezug auf 5 bis 12 eine detailliertere Beschreibung der Anordnung des ersten und des zweiten Einlasskanals 6₁ und 6₂ gegeben. Der erste Einlasskanal 6₁ ist an einer Position oberhalb des zweiten Einlasskanals 6₂ angeordnet und ist so gebildet, dass er länger ist als der zweite Einlasskanal 6₂ . Eine Mittelachse der Basisseite des ersten Einlasskanals 6₁ , d. h. dessen Abschnitt an der stromaufwärtigen Seite, kreuzt eine Mittelachse des zweiten Einlasskanals 6₂ und erstreckt sich in der Breitenrichtung des Zylinderkopfs CH (in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle). Außerdem ist eine ferne Seite des ersten Einlasskanals 6₁ , d. h. dessen Abschnitt an der stromabwärtigen Seite, in der axialen Richtung der Kurbelwelle derart in Richtung auf die Außenseite bezüglich der Brennkammer 1 gekrümmt, dass die zweite Einlassventilöffnung 2₂ umgeleitet wird und das stromabwärtige offene Ende des ersten Einlasskanals 6₁ ist in die Umfangsrichtung der Brennkammer 1 gerichtet, d. h. in eine tangentiale Richtung der Brennkammer 1, und steht in Verbindung mit der Brennkammer 1 und ist daran angeschlossen, wodurch ein sogenannter Verwirbelungskanal gebildet wird. Demgemäß strömt die Einlassluft, welche durch den den Verwirbelungskanal bildenden ersten Einlasskanal 6₁ strömt, in die tangentiale Umfangsrichtung der Brennkammer 1 und es wird eine Verwirbelung der in die Brennkammer 1 strömenden Einlassluft erzeugt.
Demgegenüber ist der zweite Einlasskanal 6₂ an einer Position unterhalb des ersten Einlasskanals 6₁ angeordnet und ist so gebildet, dass er kürzer ist als derselbe. Eine Mittellinie eines mittleren Abschnitts des zweiten Einlasskanals 6₂ kreuzt den Einlasskanal 6₁ in einem unteren Abschnitt des Einlasskanals 6₁ und erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle und sein stromabwärtiges offenes Ende steht in Verbindung mit der zweiten Einlassventilöffnung 2₂ und ist im Wesentlichen senkrecht dazu daran angeschlossen. Der erste und der zweite Einlasskanal 6₁ und 6₂ sind in zwei Abschnitten derart vorgesehen, dass sie einander vertikal in der oberen Wand des Zylinderkopfs CH überlappen und können die horizontale Breite des gesamten Einlasskanals 6 in der axialen Richtung der Kurbelwelle verkürzen. Zusätzlich sind, selbst wenn der erste und der zweite Einlasskanal 6₁ und 6₂ nebeneinander aneinandergrenzend angeordnet sind, ihre Kanalwände nicht dünn ausgeführt, da ihre Trennwand nur ein Kreuzungsabschnitt ist.
Ferner bildet eine Einlasskanalwand W des Einlasskanals 6, welcher den ersten und den zweiten Einlasskanal 6₁ und 6₂ umfasst, die vertikal in zwei Abschnitten angeordnet sind, eine vertikale Führungswand in der oberen Wand des Zylinderkopfs CH in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle. Diese Führungswand ist ausgelegt, die Strömung von Kühlwasser zu führen, welches durch Kühlwasserdurchgänge 10 strömt, die später detailliert beschrieben werden. Die Einlassluft des Einlasssystems strömt in die Brennkammer 1 durch die erste und die zweite Einlassventilöffnung 2₁ und 2₂ von dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 6₁ und 6₂ . Zu diesem Zeitpunkt wird in der Brennkammer 1 durch die Einlassluft, welche durch den ersten Einlasskanal 6₁ strömt, eine Verwirbelung erzeugt wie oben beschrieben und daher wird auf günstige Art und Weise deren Gemischbildung mit dem eingespritzten Kraftstoff verbessert, wodurch die Effizienz der folgenden Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteigert wird.
Demgegenüber ist der Auslasskanal 7 neben dem ersten und dem zweiten Einlasskanal 6₁ und 6₂ vorgesehen, wobei das Einspritzventileinpassloch 4 dazwischen angeordnet ist. Ferner teilt sich ein innerer Endabschnitt der stromabwärtigen Seite des Auslasskanals 7₀ , der sich gerade derart erstreckt, dass er senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle verläuft, gabelförmig in den ersten Zweig-Auslasskanal 7₁ und den zweiten Zweig-Auslasskanal 7₂ an der stromaufwärtigen Seite. Der erste Zweig-Auslasska nal 7₁ ist konvex in Richtung auf die Außenseite zu bezüglich der Brennkammer 1 gebogen und sein stromaufwärtiges Ende steht in Verbindung mit der ersten Auslassventilöffnung 3₁ und ist daran angeschlossen, während der zweite Zweig-Auslasskanal 7₂ leicht in Richtung auf die Außenseite bezüglich der Brennkammer 1 gebogen ist und sein stromaufwärtiges Ende in Verbindung mit der zweiten Auslassventilöffnung 3₂ steht und daran angeschlossen ist. Demgemäß strömt die Auslassluft von der Brennkammer 1 durch die gegabelten ersten und zweiten Zweig-Auslasskanäle 7₁ und 7₂ von der ersten und der zweiten Auslassventilöffnung 3₁ und 3₂ , wird in dem einzelnen Auslasskanal 7₀ gesammelt und wird von dort in das Auslasssystem ausgelassen.
Es ist zu beachten, dass, wie in 1 gezeigt, die offenen Enden des ersten und des zweiten Einlasskanals 6₁ und 6₂ , welche in eine Seitenfläche des Zylinderkopfs CH münden, und der Auslasskanal 7 einander in der vertikalen Richtung und der Längsrichtung des Zylinderkopfs CH überlappen, so dass der Aufbau dieser Kanäle vereinfacht werden kann, wodurch dazu beigetragen wird, dass der Zylinderkopf CH kompakt ausgeführt wird.
Wie in 1, 4 und 11 am deutlichsten gezeigt, sind die Einlasskanäle 6 und die Auslasskanäle 7, welche den beiden aneinandergrenzenden Brennkammern 1 entsprechen, so angeordnet, dass sie auf eine derartige Art und Weise symmetrisch sind, dass sie einander zugewandt sind. Durch die Anwendung einer derartigen Anordnung ist es möglich, das Volumen der Kühlwasserdurchgänge 10 zu vergrößern, welche diese Kanäle umgeben, insbesondere die Auslasskanäle 7, bei denen die Temperatur hoch wird, mit dem Ergebnis, dass die Kühlung durch das Kühlwasser wirksam durchgeführt werden kann.
Die Kühlwasserdurchgänge 10 (Wassermantel) sind im Zylinderkopf CH zur wirksamen Kühlung des Zylinderkopfs vorgesehen, insbesondere der Umgebung der Auslasskanäle und der Brennkammern 1, welche auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Diese Kühlwasserdurchgänge 10 sind derart angeordnet, dass, wie durch Pfeile A in den Zeichnungen gezeigt, Kühlwasser die Umgebung der Auslasskanäle 7 und der Brennkammern 1 wirksam kühlt, indem es parallel innerhalb des Zylinderkopfs CH strömt, während es einen Widerstand in der Richtung der Anordnung der Mehrzahl von Einlasskanälen 6 und Auslasskanälen 7 erfährt, d. h. in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle, und dann in der axialen Richtung der Kurbelwelle durch einen Kühlwasserauslassdurchgang 11 strömt, welcher auf der anderen Seite des Zylinderkopfs CH gebildet ist, wo die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 nicht gebildet sind.
Die Kühlwasserdurchgänge (Wassermäntel) 10, welche im Zylinderkopf CH zur wirksamen Kühlung von erwärmten Abschnitten, hauptsächlich der Umgebung der Auslasskanäle 7 und der Brennkammern 1, gebildet sind, sind im allgemeinen Bereich des Zylinderkopfs CH derart gebildet, dass sie die äußeren Umfangsabschnitte der jeweiligen beiden Auslasskanäle 7 umgeben, welche einander entsprechend den nebeneinander liegenden der Brennkammern 1 zugewandt sind, und dass sie die Kraftstoffeinspritzventile, die ersten und zweiten Einlassventile, die ersten und zweiten Auslassventile und dergleichen in den oberen Wänden der Brennkammern 1 umgeben. Zusätzlich sind diese Kühlwasserdurchgänge 10 in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle aufgeteilt mittels der sich in der Querrichtung des Zylinderkopfs CH erstreckenden Einlasskanalwände W der ersten und zweiten Einlasskanäle 6₁ und 6₂ , welche vertikal in zwei Abschnitten angeordnet sind. Daher ist das Kühlwasser, welches durch die Kühlwasserdurchgänge 10 strömt, so ausgelegt, dass es im Zylinderkopf CH durch die Einlasskanalwände W von einer in Richtung auf die andere Seite desselben in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle geführt wird. Ein Verbindungsdurchgang 13 ist in der Einlasskanalwand W unterhalb des zweiten Einlasskanals 6₂ gebildet und die linken und rechten Kühlwasserdurchgänge (Wassermäntel) 10 des Ansaugkanals 6 stehen miteinander durch diesen Verbindungsdurchgang 13 in Verbindung. Zusätzlich sind diese Kühlwasserdurchgänge 10, wie in 8 gezeigt, nicht in den oberen Wänden der vertikal in zwei Abschnitten gebildeten ersten und zweiten Ein lasskanäle 6₁ und 6₂ gebildet, wodurch sichergestellt wird, dass der Zylinderkopf CH nicht hoch wird.
Auf der anderen Seite des Zylinderkopfs CH, auf der die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 nicht vorgesehen sind, ist der Kühlwasserauslassdurchgang 11 entlang der Längsrichtung des Zylinderkopfs CH gebildet. Dieser Kühlwasserauslassdurchgang 11 steht mit den oben erwähnten Kühlwasserdurchgängen (Wassermänteln) 10 in Verbindung und sein eines Ende steht mit einem Abflusskanal 12 in Verbindung, welcher mit einem (nicht gezeigten) Wasserkreislauf in Verbindung steht.
Wie in 3, 5 und 8 deutlich gezeigt, münden eine Mehrzahl von Kühlwasserzuflusskanälen 15 in eine Bodenwand des Zylinderkopfs CH derart, dass sie auf der Seite, welche die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 aufweist, bezüglich der Achse der Kurbelwelle versetzt angeordnet sind, und dass sie an den Seiten der Brennkammern 1 in Abständen in der Längsrichtung des Zylinderkopfs CH angeordnet sind. Diese Kühlwasserzuflusskanäle 15 stehen mit den (nicht gezeigten) Kühlwasserdurchgängen auf der Seite des Zylinderblocks CB und den oben erwähnten Kühlwasserdurchgängen 10 in Verbindung, und das Kühlwasser auf der Seite des Zylinderblocks CB strömt durch diese Kühlwasserzuflusskanäle 15 und strömt in die Kühlwasserdurchgänge 10.
Es ist zu beachten, dass es bei den Kühlwasserzuflusskanälen 15 möglich ist, die Strömungsrate des durch die Kühlwasserzuflusskanäle 15 strömenden Kühlwassers zu ändern, indem in der zwischen dem Zylinderblock CB und dem Zylinderkopf CH eingefügten Dichtung gebildete Wasserlöcher teilweise geändert werden.
Zusätzlich sind, wie in 3 und 9 deutlich gezeigt, zwei kleine Löcher 16, welche mit dem Kühlwasserdurchgang (Wassermantel) 10 zwischen den nebeneinander liegenden der Brennkammern 1 in Verbindung stehen, in der unteren Wand des Zylinderkopfs CH gebildet. Das Kühlwasser auf der Seite des Zylinderblocks CB ist so ausgelegt, dass es durch diese kleinen Löcher 16 strömt und in den Kühlwasserdurchgang 10 strömt, wodurch es möglich gemacht wird, erwärmte Abschnitte zwischen den Zylindern im Zylinderblock CB und zwischen den Brennkammern 1 im Zylinderkopf CH wirksam zu kühlen.
Weiterhin münden, wie deutlich in 3 gezeigt, eine Mehrzahl von anderen Kühlwasserzuflusskanälen 17 in die untere Wand des Zylinderkopfs CH derart, dass sie auf der Seite, welche der die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 aufweisenden Seite gegenüberliegt, bezüglich der Achse der Kurbelwelle versetzt angeordnet sind und an Seiten von Grenzabschnitten der Brennkammern 1 in Abständen in der Längsrichtung des Zylinderkopfs CH angeordnet sind. Diese anderen Kühlwasserzuflusskanäle 17 stehen mit den Wassermänteln auf der Seite des Zylinderblocks CB und den oben erwähnten Kühlwasserauslassdurchgängen 11 in Verbindung und das Kühlwasser auf der Seite des Zylinderblocks CB strömt durch diese Kühlwasserzuflusskanäle 17 und strömt in die Kühlwasserauslassdurchgänge 11.
Das Kühlwasser auf der Seite des Zylinderblocks CB strömt durch die Mehrzahl von Kühlwasserzuflusskanälen 15 und strömt in die Kühlwasserdurchgänge 10. Das Kühlwasser, welches in die Kühlwasserdurchgänge 10 geströmt ist, wird durch die Einlasskanalwände W der ersten und zweiten Einlasskanäle 6₁ und 6₂ , die vertikal in zwei Abschnitten angeordnet sind, geführt und strömt parallel durch die Kühlwasserdurchgänge in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle. Zu diesem Zeitpunkt wird die Strömung des Kühlwassers in der axialen Richtung der Kurbelwelle durch die Einlasskanalwände W unterdrückt. Demgemäß kann das durch die Kühlwasserdurchgänge 10 strömende Kühlwasser auf eine konzentrierte Art und Weise die die Auslasskanäle 7 und die Brennkammern 1 umgebenden Abschnitte kühlen, welche auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Dann strömt das Kühlwasser, welches durch paralleles Strömen durch die Kühlwasserdurchgänge 10 in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung der Kurbelwelle die erwärmten Abschnitte des Zylinder kopfs CH wirksam gekühlt hat, durch die Kühlwasserauslassdurchgänge 11 im Zylinderkopf in der axialen Richtung der Kurbelwelle und strömt dann vom Abflusskanal 12 zum Kühlwasserkreislauf außerhalb des Zylinderkopfs CH.
Zusätzlich ist es, da die den beiden nebeneinander liegenden Brennkammern 1 entsprechenden Auslasskanäle 7 einander zugewandt sind, möglich, das Volumen der Kühlwasserdurchgänge 10, welche diese Auslasskanäle 7 umgeben, zu erhöhen. Daher können die Auslasskanäle 7 wirksam durch das große Volumen von Kühlwasser, welches dort durchströmt, gekühlt werden.
An der oberen Wand des Zylinderkopfs CH, wo die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 vorgesehen sind, sind eine Mehrzahl von Lager-Halbabschnitten 20 in Abständen entlang dessen Längsrichtung gebildet und eine Ventilnockenwelle Sc ist drehbar auf diesen Lager-Halbabschnitten 20 gestützt. Ferner sind eine Mehrzahl von Bolzendurchgangslöchern 21 in geraden Reihen auf beiden Seiten in der Querrichtung des Zylinderkopfs CH entlang dessen Längsrichtung gebildet und der Zylinderkopf CH ist integral mit der Deck-Fläche des Zylinderblocks CB verbunden, wobei eine Dichtung dazwischen mittels (nicht gezeigter) Bolzen eingefügt ist, welche in diese Bolzendurchgangslöcher 21 eingeführt sind. Zusätzlich ist auf der Seite des Zylinderkopfs CH, an der die Einlass- und Auslasskanäle 6 und 7 nicht vorgesehen sind, ein Ölrückführdurchgang 22 in dessen Längsrichtung gebildet und eine Mehrzahl von Ölrückführlöchern 23, welche in die obere Fläche des Zylinderkopfs CH münden, stehen mit diesem Ölrückführdurchgang 22 in Verbindung. Daher strömt Schmieröl in einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs CH durch den Ölrückführdurchgang 22 von diesen Ölrückführlöchern 23 und wird zu einer (nicht gezeigten) Ölwanne zurückgeführt.
Es ist zu beachten, dass in den Zeichnungen Bezugszeichen 27 ein Kerzeneinpassloch bezeichnet und (nicht gezeigte) Vorglühkerzen, welche zum Zeitpunkt des Motorstarts betrieben werden, in diese Einpasslöcher 27 mittels eines Gewindes eingepasst sind. Zusätzlich bezeichnet Bezugszeichen 28 in den Zeichnungen einen Führungsstift, welcher aufrecht an einer oberen Wand oberhalb jeder Brennkammer 1 des Zylinderkopfs CH vorgesehen ist, so dass er einen Kreuzkopf eines (nicht gezeigten) Ventilmechanismus stützt.
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform begrenzt und verschiedene Modifikationen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung beim Zylinderkopf eines anderen Typs eines Verbrennungsmotors implementiert werden kann, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform eine Beschreibung des Falls gegeben worden ist, bei dem die vorliegende Erfindung beim Zylinderkopf eines Reihen-Vierzylinder-Dieselmotors angewandt ist. Zusätzlich kann, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Auslasskanäle so angeordnet sind, dass sich zwei Zweig-Auslasskanäle von einem einzelnen Auslasskanal gabelförmig teilen, jeder dieser Auslasskanäle aus jeweils zwei unabhängigen Auslasskanälen gebildet sein.
Wie oben beschrieben ist es bei dem Zylinderkopf in einem Verbrennungsmotor, welcher Einlass- und Auslasskanäle vom Gegenströmungstyp aufweist, möglich, den Zylinderkopf kompakt auszuführen, indem die Abmessungen des Zylinderkopfs in der axialen Richtung der Kurbelwelle und in der Richtung senkrecht zu dieser axialen Richtung verringert werden. Zusätzlich ist es möglich, die Einlasseffizienz zu verbessern, indem der Freiheitsgrad beim Leiten der beiden Einlasskanäle erhöht wird. Ferner ist es möglich, so weit wie praktisch möglich einen dünnwandigen Abschnitt, welcher eine Grenzwand der beiden Einlasskanäle bildet, zu reduzieren, selbst wenn die beiden Einlasskanäle nahe beieinander nebeneinander angeordnet sind.
Zusätzlich erlaubt der Einlasskanal ein freies Leiten, da der Verwirbelungskanal und die Gesamtlänge des Verwirbelungskanals lang ausgeführt werden können, mit dem Ergebnis, dass ein hohes Verwirbelungsverhältnis erzeugt werden kann, wodurch es möglich gemacht wird, den Verwirbelungseffekt wesentlich zu steigern.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Inhalt, welcher in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 10-245402, eingereicht am 31. August 1998, enthalten ist, welche hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich in ihrer Gesamtheit mit einbezogen ist.
Ein erster Einlasskanal und ein zweiter Einlasskanal (6₁ , 6₂ ), welche in einem Zylinderkopf CH gebildet sind, sind vertikal in zwei Abschnitten jeweils unabhängig gebildet und ihre Mittellinien kreuzen einander. Der erste Einlasskanal (6₁ ) ist an einer Position oberhalb des zweiten Einlasskanals (6₂ ) angeordnet und ist so gebildet, dass er länger ist als derselbe. Der erste Einlasskanal (6₁ ) steht mit einer Einlassventilöffnung (2₁ ) auf einer Seite weg von einer Seitenfläche des Zylinderkopfs in Verbindung und der zweite Einlasskanal (6₂ ) steht mit einer zweiten Einlassventilöffnung (2₂ ), welche näher ist als dieselbe, in Verbindung.

Claims

Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor, umfassend: Einlass- und Auslasskanäle (6, 7) vom Gegenströmungstyp, welche mit einer Brennkammer (1) in Verbindung stehen und auf einer Seite des Zylinderkopfs (CH) derart gebildet sind, dass die Einlass- und Auslasskanäle (6, 7) in eine im Wesentlichen gleiche Richtung ausgerichtet sind, und ein stromaufwärtiges Ende des Einlasskanals und ein stromabwärtiges Ende des Auslasskanals in eine Seitenfläche des Zylinderkopfs (CH) münden; und erste und zweite Einlassventilöffnungen (2₁ , 2₂ ), welche in einer Kammerwand der Brennkammer (1) auf eine aneinandergrenzende Art und Weise entlang einer Richtung senkrecht zu einer Achse einer Kurbelwelle derart gebildet sind, dass die zweite Einlassventilöffnung (2₂ ) bezogen auf die erste Einlassventilöffnung (2₁ ) nah an der einen Seitenfläche des Zylinderkopfs (CH) angeordnet ist, wobei der Einlasskanal (6) umfasst: einen ersten Einlasskanal (6₁ ), der im Zylinderkopf (CH) gebildet ist und mit der ersten Einlassventilöffnung (2₁ ) an deren stromabwärtigem Ende in Verbindung steht; und einen zweiten Einlasskanal (6₂ ), der im Zylinderkopf (CH) gebildet ist und mit der zweiten Einlassventilöffnung (2₂ ) an deren stromabwärtigem Ende in Verbindung steht, wobei sowohl der erste als auch der zweite Einlasskanal (6₁ , 6₂ ) ein stromaufwärtiges Ende aufweisen, welches in die eine Seitenfläche des Zylinderkopfs mündet, wobei der erste und der zweite Einlasskanal (6₁ , 6₂ ) jeweils unabhängig teilweise vertikal in zwei Abschnitten angeordnet sind, Mittellinien des ersten und des zweiten Einlasskanals (6₁ , 6₂ ) einander kreuzen, und der erste Einlasskanal (6₁ ) höher angeordnet ist als der zweite Einlasskanal (6₂ ) und so gebildet ist, dass er länger ist als der zweite Einlasskanal (6₂ ).
Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das stromabwärtige Ende des ersten Einlasskanals (6₁ ) in eine Umfangsrichtung der Brennkammer (1) gerichtet ist, so dass der erste Einlasskanal (6₁ ) einen Verwirbelungskanal bildet.
Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, ferner umfassend: erste und zweite Auslassventilöffnungen (3₁ , 3₂ ), welche in der Kammerwand der Brennkammer (1) auf eine aneinandergrenzende Art und Weise entlang einer Richtung senkrecht zu der Achse der Kurbelwelle derart gebildet sind, dass die zweite Auslassventilöffnung (3₂ ) bezogen auf die erste Auslassventilöffnung (3₁ ) nah an der einen Seitenfläche des Zylinderkopfs (CH) angeordnet ist, wobei der Auslasskanal (7) umfasst: einen ersten Zweig-Auslasskanal (7₁ ), der im Zylinderkopf (CH) gebildet ist und mit der ersten Auslassventilöffnung (3₁ ) an einem stromaufwärtigen Ende desselben in Verbindung steht; einen zweiten Zweig-Auslasskanal (7₂ ), der im Zylinderkopf (CH) gebildet ist und mit der zweiten Auslassventilöffnung (3₂ ) an einem stromaufwärtigen Ende desselben in Verbindung steht; und einen gemeinsamen Auslasskanal (7₀ ), welcher mit dem ersten und dem zweiten Zweig Auslasskanal (7₁ , 7₂ ) an einem stromaufwärtigen Ende desselben in Verbindung steht und ein stromabwärtiges Ende aufweist, welches in die eine Seitenfläche des Zylinderkopfs (CH) mündet.
Zylinderkopfstruktur in einem Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei sich in der einen Seitenfläche des Zylinderkopfs (CH) das stromabwärtige Ende des gemeinsamen Auslasskanals (7₀ ) mit den stromaufwärtigen Enden des ersten und des zweiten Einlasskanals (6₁ , 6₂ ) in einer Längsrichtung und einer vertikalen Richtung des Zylinderkopfs (CH) überlappt.