DE19820601A1 - Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, mit zwei zu jeweils einem Einlaßventil führenden, drallerzeugend ausgeführten Einlaßkanälen pro Zylinder, wobei der erste Einlaßkanal vorzugsweise als Tangentialkanal und der zweite Einlaßkanal als Spiralkanal ausgebildet ist und beide Einlaßkanäle von auf einer Seite des Zylinderkopfes angeordnete Flanschflächen ausgehen, und wobei die Ventilachsen der Ein­ laßventile etwa parallel zueinander ausgebildet sind.

Aus der DE 19 06 443 A ist eine Brennkraftmaschine mit zwei drallerzeugenden Einlaßkanä­ len pro Zylinder bekannt, welche von einer gemeinsamen seitlichen Flanschebene ausgehen. Dies hat den Nachteil, daß für drallerzeugende Kanäle bei gewissen Verhältnissen von Ven­ tilposition und Flanschlage Zwänge entstehen, die eine optimale Auslegung der Kanäle hin­ sichtlich Drall und Durchfluß verhindern. Unter der Voraussetzung, daß die Verbindung der Ventilmitten parallel zur Motorlängsachse ist, wird es für diese, eine sehr einfache Ventil­ steuerung erlaubende Anordnung sehr schwierig, drallerzeugende Kanäle mit optimalem Durchfluß zu realisieren.

Es wird dabei einer der Kanäle sowohl als Tangential- oder Spiralkanal optimal den ge­ wünschten Drall der Zylinderladung erzeugen. Um die für den zweiten Einlaßkanal günstigste Position zu finden, ist für einen Spiralkanal ein bestimmter Winkel α, der zwischen der die Ventil- und Zylindermitte verbindenden Geraden einerseits sowie der die Ventilmitte und ei­ nen ersten Spiralquerschnitt verbindenden Geraden andererseits liegt, einzuhalten.

Der durch Messung gefundene Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α läßt das Maximum der Drallzahl Dz bei etwa 180° erkennen, so daß dieser Winkel praktisch anzu­ streben ist, um optimale Drallwerte zu erreichen.

Aus konstruktiven Gründen ergeben sich dadurch verschiedene Probleme. Ist nämlich der Zulaufteil des ersten Kanales kurz und strömungsgünstig, so ergibt sich für die Spiralenlage des zweiten Kanales ein Winkel α von etwa 270°. In diesen Bereich weist die Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α jedoch ein Minimum auf. Die Wirkung dieses Kanales ist daher durch niedrigen Drall und geringeren Durchfluß drastisch verschlechtert.

Bei der aus der DE 19 06 443 A bekannten Anordnung, bei der die Spirale des ersten Kanales eine optimale Lage von α=180° aufweist, muß der Kanalzulaufteil des zweiten Kanales stark gekrümmt werden. Eine beliebige Vergrößerung des Krümmungsradius des Kanalzulaufteiles ist wegen Überschneidung mit dem zum Nachbarzylinder führenden Kanal nicht möglich. Es kommt in diesem stark gekrümmten Zulaufteil zu Strömungsablösungen, die die Vorteile der guten Spiralenlage zunichte machen.

Brennkraftmaschinen, bei denen jeweils die Flanschfläche des Einlaßkanales sowohl zur Mo­ torlängsebene als auch zur Zylinderkopfebene geneigt ist, sind aus den Veröffentlichungen US 5 379 729 A, DE 42 08 725 A1, FR 1 225 060 A, EP 0 062 143 A2 und EP 0 431 866 A1 bekannt. Der Einlaßkanal ist dabei aber nicht als Spiralkanal ausgeführt, so daß relativ große konstruktive Freiheiten bestehen. Bei Brennkraftmaschinen mit einem Tangentialkanal und einem Spiralkanal ist es weitaus schwieriger eine Anordnung zu finden, welche einerseits eine optische Strömungsgestaltung ermöglicht und andererseits bauliche und konstruktive Nach­ teile für angrenzende Bauteilen vermeidet.

So ist aus der EP 0 527 122 B1 eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit einer Kanalanordnung bekannt, die bei einer Ventilanordnung mehr oder weniger parallel zur Mo­ torachse eine optimale Drallerzeugung erlaubt. Dies wird dadurch erreicht, daß der zweite Einlaßkanal so ausgeführt ist, daß zumindest an einer Stelle die Kanalmittellinie etwa in Richtung der Zylinderachse liegt, wobei der zweite Einlaßkanal von einer in Motorlängsrich­ tung liegenden Flanschebene ausgeht, die etwa normal zur Zylinderachse angeordnet ist. Die­ se Anordnung erlaubt zwar eine optimale Strömungsgestaltung, hat allerdings den Nachteil, daß die Flanschfläche des zweiten Einlaßkanales im Bereich der Zylinderkopfdeckfläche an­ geordnet ist, wodurch sich bei der Saugrohrgestaltung konstruktive Probleme ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kanalanordnung zu schaffen, die trotz einer Ventilanordnung mehr oder weniger parallel zur Motorachse eine optimale Drallerzeugung erlaubt und eine seitliche Zuführung der Einlaßkanäle ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Flanschfläche des zweiten Einlaßkanales sowohl zur Zylinderkopfdichtebene als auch zur durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene geneigt ist und daß der zweite Einlaßkanal eine durch zumindest eine Zylin­ derkopfschraubenachse im Bereich zwischen zwei benachbarten Zylindern verlaufende Mo­ torquerebene schneidet. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Flanschfläche des zwei­ ten Einlaßkanales mit der Motorlängsebene einen Winkel zwischen 30° und 80°, vorzugs­ weise einen Winkel zwischen 40° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel zwischen 50° und 60° einschließt. Der zweite Einlaßkanal wird dabei schraubenförmig um die Zylin­ derkopfschraube herumgeführt. Dadurch, daß der zweite Einlaßkanal dabei von der geneigten Flanschfläche ausgeht, ergibt sich ein größtmöglicher Krümmungsradius der Kanalmittellinie, so daß Strömungsablösungen in jedem Fall vermieden werden können. Durch beide Maßnah­ men zusammen, nämlich geneigte Anordnung der Flanschfläche und Zuführung des Einlaß­ kanales von einem Bereich des Nachbarzylinders, läßt sich ein viel größerer Krüm­ mungsradius erzielen, als durch jede einzelne Maßnahme allein betrachtet.

Infolge der damit erreichten Freizügigkeit bei der Anordnung der drallerzeugenden Kanäle können optimale Verhältnisse bezüglich Drall und Strömung bei seitlicher Zuführung der Einlaßkanäle erreicht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flanschflä­ che des ersten und des zweiten Einlaßkanales in einer gemeinsamen Flanschebene liegen. Da­ durch kann ein einfaches, trotzdem günstiges und raumsparendes Einlaßröhrenwerk konzipiert werden.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Einlaßkanäle von Bereichen der Flanschfläche ausgehen, wel­ che sich - im Grundriß betrachtet - außerhalb der Zylinder befinden. Dies ermöglicht es, Ein­ laßkanäle und Nockenwellenanordnung unabhängig voneinander und ohne Eingehen eines Zielkonfliktes festzulegen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit von einem Bezugswinkel α,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 4,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 4 und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfes gemäß der Erfindung in Draufsicht.

In Fig. 1 ist die gemessene Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α dargestellt. Dabei ist der über der Zylinderbohrung 22 angeordnete Ventilmittelpunkt im Bereich der Mündung in den Brennraum mit 1 bezeichnet. Der Winkel α wird gebildet von der den Ventilmittelpunkt 1 und den Zylindermittelpunkt 2 verbindenden Geraden 21 einerseits, sowie dem vom Ven­ tilmittelpunkt 1 ausgehenden Radius 20, der die Lage des ersten Spiralquerschnittes 3 festlegt, andererseits. Man kann das Maximum 4 der Drallzahl Dz bei einem Winkel α von knapp über 180° erkennen.

In den Fig. 2 und 3, welche Kanallängsschnitte durch die Einlaßkanäle 9 und 10 zeigen, sind die Achsen der Einlaßventile mit 5 und jene der Auslaßventile mit 6 bezeichnet. Sowohl der als Tangentialkanal ausgebildete erste Einlaßkanal 9, als auch der als Spiralkanal ausgebildete zweite Einlaßkanal 10 gehen von in einer gemeinsamen Flanschebene 12 liegende Flanschflä­ chen 12a, 12b auf der der Auslaßseite gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes 11 aus. Die Flanschfläche 12b ist dabei sowohl zur durch die Zylinderachsen 7 aufgespannten Mo­ torlängsebene 8, als auch zur Zylinderkopfdichtebene 18 geneigt angeordnet. Die Flanschflä­ che 12b schließt dabei mit der Motorlängsebene 7 bzw. einer parallelen Ebene 7a im Ausfüh­ rungsbeispiel einen Winkel β von etwa 50° bis 60° ein. Mit γ ist ein Bezugswinkel zwischen der Flanschebene 12 und einer durch die Ventilachsen 5 aufgespannten, im Beispiel zur Mo­ torlängsebene 8 leicht geneigten Ventilachsenebene 5a bzw. einer dazu parallelen Ebene 5b bezeichnet. Der als Spiralkanal ausgebildete zweite Einlaßkanal 10 ist im Bereich des Nach­ barzylinders so angeordnet, daß der Einlaßkanal 10 eine durch die Zylinderkopfschrau­ benachse 13 gelegte Motorquerebene 13a, welche etwa normal auf die Kurbelwellenachse verläuft, schneidet. Der zweite Einlaßkanal 10 ist dabei um eine Zylinderkopfschraubenboh­ rung 14 herumgeführt. In Kombination mit der geneigten Flanschfläche 12b wird erreicht, daß die Strömungsmittellinie 10a des zweiten Einlaßkanales einen relativ großen Krümmungsra­ dius beschreibt und der Einlaßkanal 10 in einem zum Erreichen einer optimalen Drallzahl Dz maßgeblichen Winkel α von ca. 180° in die Einlaßspirale 10b einmündet. Die Strömungslinie des ersten Einlaßkanales ist mit 9a bezeichnet.

Mit 6a ist die Lage der Auslaßkanalmündungen, mit 5a die Lage der Einlaßkanalmündungen in den Brennraum angedeutet.

Alternativ zu dem als Tangentialkanal ausgelegten ersten Einlaßkanal 9 kann dieser auch als Neutral- oder Spiralkanal gestaltet sein.

Claims (5)

1. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, mit zwei zu jeweils einem Einlaßventil führenden, drallerzeugend ausgeführten Einlaßkanälen (9, 10) pro Zylinder (22), wobei der erste Einlaßkanal (9) vorzugsweise als Tangentialkanal und der zweite Einlaßkanal (10) als Spiralkanal ausgebildet ist und beide Einlaßkanäle (9, 10) von auf einer Seite des Zylinderkopfes (11) angeordneten Flanschflächen (12a, 12b) ausgehen, und wobei die Ventilachsen (5) der Einlaßventile etwa parallel zueinander ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet daß die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) sowohl zur Zylinderkopfdichtebene (18) als auch zur durch die Zy­ linderachsen (7) aufgespannten Motorlängsebene (8) geneigt ist und daß der zweite Einlaßkanal (10) eine durch zumindest eine Zylinderkopfschraubenachse (13) im Be­ reich zwischen zwei benachbarten Zylindern (22) verlaufende Motorquerebene (13a) schneidet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschflä­ che (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) mit der Motorlängsebene (8) einen Winkel (β) zwischen 30° und 80°, vorzugsweise einen Winkel (β) zwischen 40° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel (β) zwischen 50° und 60° einschließt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschflächen (12a, 12b) des ersten und zweiten Einlaßkanales (9, 10) in einer gemein­ samen Flanschebene (12) liegen.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (9, 10) von Bereichen der Flanschfläche (12b) ausgehen, welche sich - im Grundriß betrachtet - außerhalb der Zylinder (22) befinden.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) zu einer durch die Einlaßven­ tilachsen (5) aufgespannten Ebene (5a) einen Winkel (γ) zwischen 40° und 80°, vor­ zugsweise zwischen 50° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel (γ) von etwa 60° einschließen.