DE4017066A1 - Zylinderkopf fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen je Zylinder, wobei die zu den Einlaßventilen führenden Einlaßkanäle auf der sel­ ben Zylinderlängsseite angeordnet sind.

Es sind Zylinderköpfe dieser Art bekannt, bei welchen eines der Einlaßventile so ausgebildet ist, daß die Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, daß der zuge­ hörige Einlaßkanal als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei Vollast und/oder hoher Drehzahl der Brenn­ kraftmaschine die angestrebte optimale Füllung des Zylinders auf Kosten der Drallerzeugung, welche in diesem Betriebs­ bereich gar nicht erwünscht ist, nicht erreicht wird. Für die Anwendung, vor allem bei Mager-Ottomotoren LKW-Motoren (Boh­ rung z. B. 130 mm), ist für deren Verbrennungsverfahren bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein Drall, jedoch optimale Füllung erforderlich, für niedrige Last jedoch ist ein leich­ ter Drall erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von ge­ ringer Bedeutung.

Aus der EP-A2 01 58 207 ist ein Zylinderkopf für eine zweiven­ tilige Brennkraftmaschine bekanntgeworden, bei welchem der Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saug­ rohrbereich, kurz vor dessen Anschluß an den Einlaßkanal, ei­ ner der beiden Kanalteile mit einer Regelklappe verschließbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regel­ klappe im Durchfluß geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregelten Kanalteil ergibt die in diesem Be­ triebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Vollast die bestmögliche Füllung des Zylinders erreicht wer­ den, so wird die Klappe vollständig geöffnet und damit der ge­ samte Kanalquerschnitt freigegeben. Bei dieser Einströmung er­ gibt sich eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gleichartiges Verhalten be­ züglich Drallerzeugung und Füllung bei einer Mehrventilan­ ordnung vorzuschlagen. Es wird also ein Drallsystem ange­ strebt, das für eine Mehrventilanordnung anwendbar ist und ein niedrig liegendes Drallintervall überstreicht.

Die Erfindung besteht darin, daß die beiden Einlaßkanäle im Anschlußbereich des Saugrohres knapp nebeneinander münden und einer der Einlaßkanäle in an sich bekannter Weise mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen ist, wel­ che zwei Teilkanäle ausbildet, die sich im Bereich des Einlaß­ ventiles wieder vereinigen, und daß der zweite Einlaßkanal und der diesem zugewendete Teilkanal des ersten Einlaßkanals ge­ meinsam mit einer Regelklappe od. dgl. im Durchfluß regelbar sind.

Es wird hier mit einer einfachen Einrichtung für Teillast auf­ grund einer Quasispiraleinströmung bei einem Einlaßventil der gewünschte geringe Drall der Zylinderladung erzeugt. Die ein­ strömende Luft wird durch die Trennwand auf eine Seite des Ventilschaftes, und zwar auf jene Seite, die von der Zylinder­ mitte weiter entfernt ist, gelenkt und daher einerseits um den Ventilschaft zirkulieren und ähnlich wie bei einem Spiralkanal aus dem Ventilspalt drallbehaftet ausströmen. Andererseits wird die Luft, bedingt durch das einseitige Anströmen des Ven­ tilraumes, aus diesem vor allem auf jener Seite des Ventiles ausströmen, die von der Zylindermitte weiter entfernt ist, so daß im Zusammenwirken mit der Zylinderwand ebenfalls eine Drallströmung erzeugt wird.

Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann durch die Länge der Trennwand in Richtung Ventilschaft beeinflußt werden.

Sind beide Einlaßkanäle voll geöffnet, so werden optimale Fül­ lungseigenschaften erreicht und der resultierende Drall wird null oder nahezu null sein.

Die Verwendung von zwei Einlaßkanälen mit Trennwand und je ei­ ner Abschlußklappe für einen Teilkanal wäre nicht zielführend, weil keine optimalen Füllungs- und Strömungsverhältnisse er­ reicht werden könnten und außerdem der hierfür nötige bauliche Aufwand zu groß wäre.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schwenkachse einer Regelklappe im Anschlußbereich des Saugrohres an die Trennwand über deren Höhe anschließen und diese Regelklappe in Schließstellung die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanals und des diesem zugewendeten Teilkanals des ersten Einlaßkanals abdecken. Hierbei werden die Durchflußwerte praktisch nicht verschlechtert, weil die Regelklappe im ganz geöffneten Zu­ stand strömungsgünstig eine Fortsetzung der Trennwand bildet.

Weiterhin könnte die Regelklappe auch an der anderen Seite (der Außenseite) des Flansches anelenkt sein, um eine bessere Regelbarkeit des drallerzeugenden Kanales zu erreichen.

Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Schwenkachse einer Regelklappe im Anschlußbereich des Saugroh­ res horizontal und samt Regelklappe in Offenstellung in einer Ausnehmung des Saugrohres versenkt angeordnet ist. Durch die Versenkung der geöffneten Regelklappe im Saugrohr werden die Strömungsverhältnisse bzw. die Füllungseigenschaften gegenüber einem Ansaugkanal ohne Klappe nicht verschlechtert. Inbeson­ dere bei Mehrzylindermotoren kann sich eine einfache Betäti­ gungseinrichtung für die Regelklappen ergeben, weil die Achsen der Regelklappen in Motorlängsrichtung liegen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung im Rahmen der Er­ findung besteht darin, daß zur Regelung der Durchflüsse durch den zweiten Einlaßkanal und mindestens den diesem zugewendeten Teilkanal des Einlaßkanales ein im Anschlußbereich des Saug­ rohres quer zur Strömungsrichtung hin und herbewegbarer Schie­ ber mit den Kanälen entsprechenden Ausschnitten vorgesehen ist.

Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann auf einfache Weise dadurch festgelegt werden, daß die Richtung der Trenn­ wand im Bereich nahe dem zugehörigen Einlaßventil mit der Ver­ bindungslinie zwischen der Zylindermitte und zugehöriger Ven­ tilmitte einen Winkel von 45° bis 90° einschließt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse,

Fig. 2 eine Ansicht entsprechend den Pfeilen II in Fig. 1 und die

Fig. 3 bis 5 je ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung.

Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Von der vorzugsweise mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraft­ maschine ist in Fig. 1 eine Zylinderbohrung 1 sowie ein Zylin­ derkopf 2 dargestellt. Die Zylindermitte bzw. die Zylin­ derachse ist mit 3 bezeichnet. Im Bilde links von der Zylin­ derachse 3 sind zwei Einlaßventile 4 und 5 vorgesehen, deren Achsen 4′ und 5′ eine Ebene 6 bestimmen, die parallel zur seitlichen Begrenzungsfläche 7 des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist. Die beiden Auslaßventile sind mit 9 bzw. 10 und die zuge­ hörigen Achsen mit 9′ bzw. 10′ bezeichnet. Die Auslaßkanäle sind, weil nicht erfindungswesentlich, im einzelnen nicht dar­ gestellt.

Zum Einlaßventil 4 führt ein erster Einlaßkanal 13 mit im we­ sentlichen rechteckigem Querschnitt, in dessen Längsrichtung eine Trennwand 14 angeordnet ist, die sich von der seitlichen Begrenzungs- bzw. Anschlußfläche 7 bis in den Bereich des Ein­ laßventiles 4 erstreckt. Durch diese Trennwand 14 wird der Einlaßkanal 13 in zwei Teilkanäle 13′ und 13′′ geteilt, die sich im Bereich des Einlaßventiles 4 wieder vereinigen. Ein zweiter Einlaßkanal 15 mit ebenfalls im wesentlichen rechtec­ kigem Querschnitt führt zum Einlaßventil 5. Während der Ein­ laßkanal 15 als echter Füllungskanal, also ohne Drallwirkung ausgebildet ist, kann durch den Kanal 13′′ eine vorbestimmte relativ geringe Drallwirkung erzielt werden. Die einströmende Luft wird durch die Trennwand 14 auf die von der Zylinder­ achse 3 weiter entfernte Seite des Ventilschaftes gelenkt und strömt den Ventilraum einseitig an, was im Zusammenwirken mit der Zylinderwand eine Drallströmung in Richtung des Pfeiles 11 erzeugt.

Im Anschlußbereich des Saugrohres 18 ist an der Trennwand 14 eine Regelklappe 19, deren Schwenkachse 20 unmittelbar an die Trennwand 14 anschließt und parallel zur Zylindermitte 3 verläuft. Die Regelklappe 19 ist in Richtung des Pfeiles 21 in die gestrichelt eingezeichnete Stellung schwenkbar, in welcher sie die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanales 15 sowie des Teilkanales 13′ des Einlaßkanals 13 abschließt. In dieser Stellung der Regelklappe 19 ist nur der Teilkanal 13′′ des Ein­ laßkanales 13 geöffnet, was einer Teillast der Brennkraftma­ schine entspricht und wobei die einströmende Ladung eines ge­ wissen vorbestimmten Drall erfährt. Dieser Drall kann einer­ seits durch den Winkel und andererseits durch den Abstand von Trennwandvorderkante zum Ventilschaft festgelegt werden. Der Winkel wird gebildet von der Verbindungslinie 16 zwi­ schen der Zylindermitte 3 und der Ventilmitte 4′ und der durch die Linie 17 dargestellten Richtung der Trennwand 14 in ihrem ventilnahen Endbereich. In der voll gezeichneten Offenstellung der Regelklappe 19, welche der Vollast entspricht, sind hinge­ gen die beiden Einlaßventile 4 und 5 voll beaufschlagt,wobei die Füllung des Zylinders 1 optimal und der Drall der Ladung im Zylinder Null oder nur geringfügig ist. Weder die Trenn­ wand 14 noch die daran anschließende Regelklappe 19 ergeben dabei einen nennenswerten Einströmwiderstand.

In Fig. 2 sind die durch die Regelklappe 19 in deren in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten Stellung überdeckten Kanal­ querschnitte schraffiert veranschaulicht.

Die Ausführung nach Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß die auch in Fig. 2 einge­ zeichnete Achse 22 der Regelklappe 23 im Anschlußbereich des Saugrohres 18 horizontal verläuft, wobei die Regelklappe 23 samt Schwenkachse 22 in der voll dargestellten Offenstellung in einer Ausnehmung 24 des Saugrohres 18 versenkt angeordnet ist. Die Mündungsquerschnitte der Saugrohre 15 und 13 sind gleich wie in Fig. 2 für die erste Ausführungsform darge­ stellt. Die Regelklappe 23 weist dabei die Breite des schraf­ fierten Teiles der Querschnitte auf.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 und 2 die mit 25 bezeichnete Regel­ klappe mit ihrer Achse 26 an der Außenseite des Mün­ dungsbereiches des Saugrohres 18 angelenkt, um eine bessere Regelbarkeit des drallerzeugenden Einlaßkanales 13 zu errei­ chen. Diese Regelklappe 25 ist in ihrer gezeichneten Offen­ stellung ebenfalls versenkt im Saugrohr 18 angeordnet. Nach Schwenkbewegung in Richtung des Pfeiles 29 schließt diese Re­ gelklappe in ihrer Schließstellung den Einlaßkanal 15 sowie den Teilkanal 13′ des Einlaßkanales 13 ab. Auch Zwischenstel­ lungen können wünschenswert sein.

Nach Fig. 5 ist zur Regelung des Durchflusses ein hin- und herbewegbarer Schieber 27 mit einer entsprechenden Ausneh­ mung 28 vorgesehen. In der gezeichneten Stellung sind die Ein­ laßkanäle 15 und 13′ abgeschlossen, was einer geringen Teil­ last entspricht. Bei Vollast sind durch die Ausnehmung 28 sämtliche Einlaßkanäle geöffnet.

Claims (5)

1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaß­ ventilen je Zylinder, wobei die zu den Einlaßventilen füh­ renden Einlaßkanäle auf der selben Zylinderlängsseite angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßkanäle (13, 15) im Anschlußbereich des Saugroh­ res (18) knapp nebeneinander münden und einer der Ein­ laßkanäle (13) in an sich bekannter Weise mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand (14) versehen ist, welche zwei Teilkanäle (13′, 13′′) ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils (4) wieder vereinigen, und daß der zweite Einlaßkanal (15) und der diesem zugewendete Teilkanal (13′) des ersten Einlaßkanals (13) gemeinsam mit einer Regelklappe (19) od. dgl. im Durchfluß regelbar sind.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (20) einer Regelklappe (19) im Anschluß­ bereich des Saugrohres (18) an die Trennwand (14) über deren Höhe anschließt und diese Regelklappe (19) in Schließstellung die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaß­ kanals (15) und des diesem zugewendeten Teilkanals (13′) des ersten Einlaßkanals (13) abdeckt.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (22) einer Regelklappe (23) im Anschluß­ bereich des Saugrohres (18) horizontal und samt Regelklap­ pe (23) in Offenstellung in einer Ausnehmung (24) des Saugrohres (18) versenkt angeordnet ist.

4. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Durchflüsse durch den zweiten Einlaßka­ nal (15) und mindestens den diesem zugewendeten Teilka­ nal (13′) des Einlaßkanals (13) ein im Anschlußbereich des Saugrohres (18) quer zur Strömungsrichtung hin- und herbe­ wegbarer Schieber mit den Kanälen entsprechenden Aus­ schnitten vorgesehen ist.

5. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Richtung der Trennwand (14) im Be­ reich (14′) nahe dem zugehörigen Einlaßventil (4) mit der Verbindungslinie zwischen der Zylindermitte (3) und zugehöriger Ventilmitte (4′) einen Winkel von 45° bis 90° einschließt.