AT500408B1

AT500408B1 - Brennkraftmaschine mit zumindest zwei einlasskanälen pro zylinder

Info

Publication number: AT500408B1
Application number: AT0164504A
Authority: AT
Inventors: Paul Dr Kapus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-06-15
Also published as: AT500408A1; AT500408B8

Description

2 AT 500 408 B1

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlasskanälen pro Zylinder, von denen ein erster Einlasskanal als Neutralkanal und ein zweiter Einlasskanal als Ladungsbewegungskanal, vorzugsweise als Tangentialkanal, ausgebildet ist, wobei in zumindest einem Einlasskanal, vorzugsweise im ersten Einlasskanal, eine Kanalschaltklappe angeordnet ist. 5

Aus der US 5,138.989 B ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoff über ein Einspritzventil durch eine Öffnung zwischen zwei benachbarten Kanälen hindurch in beide Einlasskanäle eingespritzt wird. Im Neutralkanal ist dabei stromaufwärts einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Drosselklappe vorgesehen. 10

Bei üblicherweise zur Kanalabschaltung eingesetzten Klappen ergibt sich wegen des erforderlichen Spiels zwischen der Klappe und dem umgebenden Kanal ein Ringspalt, welcher zu nur schwer definierbaren Leckagen führt. Diese unbestimmten Leckageströmungen können sich nachteilig auf den Verbrennungsvorgang auswirken. 15

Aus der WO 96/21815 A1 ist es bekannt, einer im Auslasstrakt angeordneten Ventilklappe am Gehäuse eine Anschlagkante als stirnseitige Dichtung zuzuordnen. Die Ventilklappe liegt dabei in der Schließstellung am Ende eines stromauf gelegenen Rohrabschnittes des Abgasrohres an. Ähnliche Klappenventile sind auch aus der DE 1 750 438 A1 oder der GB 1 374 187 B, 20 sowie aus der DE 100 35 721 A1 bekannt. Für Einlasskanäle von Brennkraftmaschinen sind diese Klappenventile allerdings weniger geeignet, da der Ventilsitz zumeist durch die Enden eines in eine Ventilkammer einmündenden stromaufwärtigen Rohres gebildet ist, und somit im Bereich des Ventilsitzes sehr starke Querschnittsänderungen auftreten, welche zu ungewünschten Verwirbelungen der Einlassströmung führen. 25

Die DE 102 31 968 A1 beschreibt ein Absperr- oder Drosselventil mit drehbarer Ventilklappe. In der geschlossenen Stellung liegt die Ventilklappe formschlüssig auf einem Ventilsitz auf. Ähnliche Ventilklappen sind auch aus den Entgegenhaltungen EP 1 262 646 A2 und US 2002/0005185 A1 bekannt. 30

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf möglichst einfache Weise ein leckagedichtes Schließen eines Einlasskanals zu erreichen. Dabei sollen die Strömungsverluste bei geöffnetem Einlasskanal möglichst klein sein. 35

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass Kanalschaltklappe in der geschlossenen Stellung formschlüssig auf einem Ventilsitz, vorzugsweise dicht, aufliegt und dass die Kanalabschaltklappe hydraulisch stromabwärts einer in beide Einlasskanäle einspritzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Ventilsitz 40 durch eine vorzugsweise durch eine Stufe gebildete unstetige Kanalerweiterung im Einlasskanal gebildet ist.

Die Kanalschaltklappe liegt dabei direkt am Ventilsitz auf, ohne dass eine separate Dichtung erforderlich wäre. 45

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kanalschaltklappe eine Ausnehmung oder eine Öffnung aufweist, durch welche im geschlossenen Zustand Kraftstoff in den gesperrten Einlasskanal, vorzugsweise ohne Benetzung der Kanalschaltklappe einspritzbar ist. Dadurch kann bei geschlossener Kanalschalklappe weiterhin Kraftstoff in den abgeschaltenen Einlasskanal einge-50 spritzt werden, wobei - sowohl im geöffneten als auch im geschlossenen Zustand der Kanalschaltklappe - jede Interaktion zwischen dem Einspritzstrahl und der Kanalschaltklappe vermieden wird. Alternativ oder zusätzlich zu einer indirekten Kraftstoffeinspritzeinrichtung kann eine direkt in den Brennraum mündende Kraftstoffeinspritzeinrichtung vorgesehen sein. 55 Um Strömungsverluste zu vermeiden, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante 3 AT 500 408 B1 der Erfindung vorgesehen, dass die im geöffneten Zustand dem Einlasskanal zugewandte Seite der Kanalschaltklappe dem Profil und der Form der Wand des Einlasskanals nachempfunden ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn im geöffneten Zustand die Kanalschaltklappe zumindest teilweise von einer Ausnehmung in der Wand des Einlasskanals aufgenommen ist. Der 5 Begriff Wand umfasst in diesem Zusammenhang sowohl die Seitenwände, als auch Kanalboden oder Kanaldecke.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kanalschaltklappe außermittig gelagert ist, wobei vorzugsweise die Kanalschaltklappe als einarmige Klappe ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine einfa-io che Bauweise und geringe Strömungsverluste im geöffneten Zustand.

Darüber hinaus kann im geöffneten Zustand der Klappe eine Benetzung durch den Einspritzstrahl der Kraftstoffeinspritzeinrichtung durch geeignete Positionierung der Achse der Kanalschaltklappe in Bezug auf die Einspritzeinrichtung vermieden werden. 15

Dadurch, dass die Kanalschaltklappe in Strömungsrichtung von der geschlossenen in die geöffnete Stellung bewegt wird, können Strömungsverluste klein gehalten werden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 20

Es zeigen schematisch Fig. 1 eine Einlasskanalkonfiguration der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer Ausführungsvariante, Fig. 2 einen Einlasskanal im Detail, bei geschlossener Kanalschaltklappe, Fig. 3 einen Schnitt durch die Einlasskanäle gemäß der Linie lll-lll in Fig. 1, bei geöffneter Kanalschaltklappe, Fig. 4 eine Einlasskanalanordnung im Längsschnitt in 25 einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung und Fig. 5 einen Schnitt durch die Einlasskanalanordnung gemäß der Linie V-V in Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Einlassanordnung 2 einer Brennkraftmaschine mit einem ersten und einem zweiten Einlasskanal 4, 6 pro Zylinder 8, wobei die Einlasskanäle 4, 6 über Einlassöffnungen 30 10, 12 in den Brennraum 14 des Zylinders 8 einmünden. Der erste Einlasskanal 4 ist dabei als

Neutral- oder Füllungskanal, der zweite Einlasskanal 6 als Ladungsbewegungskanal, beispielsweise als drallerzeugender Tangentialkanal ausgebildet. Die beiden Einlasskanäle 4, 6 sind bis zu den Einlassöffnungen 10, 12 getrennt geführt und durch eine Kanalzwischenwand 16 voneinander getrennt. Im Bereich eines Wanddurchbruches 18 ist im Ausführungsbeispiel eine 35 Einspritzeinrichtung 20 vorgesehen, welche Kraftstoff in beide Einlasskanäle 4, 6 einspritzt. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 kann im Saugrohr oder im Zylinderkopf 22 angeordnet sein. Die Einspritzstrahlen sind mit Bezugszeichen 24, 26 versehen. Alternativ oder zusätzlich zu indirekten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 20 kann eine direkt in den Brennraum 14 mündende Einspritzeinrichtung vorgesehen sein. 40

Im ersten Einlasskanal 4 ist eine Kanalschaltklappe 28 angeordnet, über welche der Einlasskanal 4 wahlweise zu- und abgeschaltet werden kann. Die Kanalschaltklappe 28 liegt dabei auf einem Ventilsitz 30 auf, welcher durch eine umlaufende Stufe 32 in der Einlasskanalwand 5 gebildet ist. 45

Die Kanalschaltklappe 28 ist exzentrisch gelagert, wobei in den Ausführungsbeispielen die Drehachse 34 der Kanalschaltklappe 28 im Randbereich des Einlasskanals 4 angeordnet ist. Die Bewegungsrichtung zwischen der in Fig. 2 dargestellten Schließstellung in die Öffnungsstellung der Kanalschaltklappe 18 erfolgt in Strömungsrichtung S entsprechend dem Pfeil P in so Fig. 2.

Um in der geöffneten Stellung Strömungsverluste in Folge Verwirbelungen und Ablösungserscheinungen so klein wie möglich zu halten, ist die Klappeninnenseite 36 der Form und dem Profil der Kanalwand 5 nachempfunden, wie in Fig. 3 erkennbar ist. Die Kanalschaltklappe 28 55 kann dabei auch, zumindest teilweise in einer Ausnehmung 40 in der Wand 5 des Einlasskanals

Claims

4 AT 500 408 B1 4 versenkt ausgebildet sein. Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante, bei der die Kanalschaltklappe 28 hydraulisch stromaufwärts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 positioniert ist, kann die Kanal-5 schaltklappe 28 auch hydraulisch stromabwärts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 20 angeordnet sein, wie insbesondere in Fig. 4 gezeigt ist. Dabei kann die Kanalabschaltplatte 28 eine Ausnehmung 38 aufweisen, um bei geschlossener Kanalabschaltklappe 28 eine unbehinderte Kraftstoffeinspritzung in den abgeschalteten Einlasskanal 4 zu ermöglichen. Die Ausnehmung 38 ist dabei so positioniert und geformt, dass in geöffnetem und im geschlossenen Zustand, io sowie während des Schwenkvorganges keine Interaktion mit dem Einspritzstrahl 24 stattfindet. Wie in Fig. 4 und 5 angedeutet ist, kann die Drehachse 34 in verschiedenen Lagen, also beispielsweise vertikal oder horizontal, ausgerichtet sein. 15 Die Kanalabschaltklappe 28 ist jeweils dem Querschnitt des Einlasskanals 4 angepasst. Fig. 3 zeigt dazu beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckige Kanalform, Fig. 5 eine im Wesentlichen dreieckige Kanalform. Mit Bezugszeichen 40 ist ein Einlassventil, mit Bezugszeichen 42 schematisch ein im Zylinder 8 20 hin und hergehender Kolben angedeutet. Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlasskanälen pro Zylinder (8), von denen ein erster Einlasskanal (4) als Neutralkanal und ein zweiter Einlasskanal (6) als Ladungsbewegungskanal, vorzugsweise als Tangentialkanal, ausgebildet ist, wobei in zumindest einem Einlasskanal, vorzugsweise im ersten Einlasskanal (4), eine Kanalschaltklappe (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschaltklappe (28) in der geschlossenen 30 Stellung formschlüssig auf einem Ventilsitz (30), vorzugsweise dicht, aufliegt und dass die Kanalabschaltklappe (28) hydraulisch stromabwärts einer in beide Einlasskanäle (4, 6) einspritzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (30) 35 durch eine vorzugsweise durch eine Stufe (32) gebildete, unstetige Kanalerweiterung im Einlasskanal (4) gebildet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschaltklappe (21) direkt am Ventilsitz (30) - ohne separate Dichteinrichtung - aufliegt. 40
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum (14) mündet.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die 45 Kanalschaltklappe (28) hydraulisch stromaufwärts einer in beide Einlasskanäle (4, 6) ein spritzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung (20) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschaltklappe (28) außermittig gelagert ist, wobei vorzugsweise die Kanalschaltklappe so (28) als einarmige Klappe ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschaltklappe (28) eine Ausnehmung oder eine Öffnung aufweist, durch welche im geschlossenen Zustand Kraftstoff in den gesperrten Einlasskanal (4), vorzugsweise ohne Be- 55 netzung der Kanalschaltklappe (28) einspritzbar ist. 5 AT 500 408 B1
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die im geöffneten Zustand dem Einlasskanal (4) zugewandte Seite der Kanalschaltklappe (28) dem Profil und der Form der Wand (5) des Einlasskanals (4) nachempfunden ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im geöffneten Zustand die Kanalschaltklappe (28) zumindest teilweise von einer Ausnehmung (40) in der Wand (5) des Einlasskanals (4), insbesondere in der Seitenwand, im Kanalboden oder in der Kanaldecke aufgenommen ist.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschaltklappe (28) von der Schließstellung in die Öffnungsstellung in Strömungsrichtung (S) ausschwenkbar ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen