AT5037U1

AT5037U1 - Einlasskanalanordnung für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT5037U1
Application number: AT0007101U
Authority: AT
Inventors: Harald Ing Stuetz
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung (1) für eine Brennkraftmaschine, bei der der Drall (D) einer über eine durch ein Hubventil gesteuerte Einlassöffnung in einen Brennraum mündenden Einlassströmung veränderbar ist, wobei pro Einlassventil (5) zumindest zwei Einlassströmungswege vorgesehen sind, welche sich im Bereich des Ventilraumes (4) vereinigen und wobei der Durchfluss (Q) durch zumindest einen der beiden Strömungswege mittels einer Steuereinrichtung (9) veränderbar ist. Um einerseits einen hohen Durchfluss (Q) bei hohem Drallniveau und andererseits einen weiten Verstellbereich des Dralles (D) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die beiden Strömungswege durch voneinander völlig getrennte Einlasskanäle, vorzugsweise durch einen Primärkanal (2) und einen Sekundärkanal (3), gebildet sind, wobei der Primärkanal (2) spiralartig und der Sekundärkanal (3) vorzugsweise als Neutral- oder Tangentialkanal ausgebildet ist.

Description

AT 005 037 Ul

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine, bei der der Drall einer über ein durch ein Hubventil gesteuerte Einlassöffnung in einen Brennraum mündenden Einlassströmung veränderbar ist, wobei pro Einlassventil zumindest zwei Einlassströmungswege vorgesehen sind, welche sich im Bereich des Ventilraumes vereinigen und wobei der Durchfluss durch zumindest einen der beiden Strömungswege mittels einer Steuereinrichtung veränderbar ist.

Aus der EP 0 258 207 Bl ist ein Einlasskanal für Brennkraftmaschinen mit einer in Längsrichtung verlaufenden Trennwand bekannt. Um einerseits bei Teillast eine genügend starke Drallströmung im Zylinder und andererseits bei höheren Drehzahlen die bestmögliche Füllung des Zylinders zu erreichen, ist die Trennwand in einen ein an sich sehr niedriges Drallniveau erzeugenden Einlasskanal parallel zur Zylinderachse angeordnet. Wird für Teillast eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird ein Kanalteil mit einer Steuerklappe verschlossen. Es erfolgt damit ein unsymmetrisches Einströmen durch das Ventil in den Zylinder und durch Wechselwirkung mit der Zylinderwand kommt es zur Ausbildung einer stark drehenden Ladungsbewegung. Nachteilig ist, dass aufgrund der grundsätzlich neutralen Kanalform nur ein Drallintervall von niedrigen bis mittleren Drallwerten überstrichen wird.

Die AT 003 137 Ul offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen pro Zylinder, zu welchen jeweils ein Einlasskanal führt. Einer der beiden Einlasskanäle ist durch eine sich über die gesamte Kanalhöhe sich erstreckende Trennwand in zwei Teilkanäle unterteilt. Auch hier ist der Drall nur in einem relativ engen Drallintervall verstellbar.

Die Forderung nach einer variablen Drallregulierung bei Brennkraftmaschinen führt somit zu einem Zielkonfiikt zwischen einem möglichst in einem weiten Bereich einstellbaren Drall einerseits und einem möglichst hohen Durchfluss bei hohem Drallniveau andererseits.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Einlasskanalanordnung zu entwickeln, welche einerseits einen hohen Durchfluss bei hohem Drallniveau und andererseits einen weiten Verstellbereich des Dralles ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die beiden Strömungswege als voneinander völlig getrennte Einlasskanäle, vorzugsweise durch einen Primärkanal und einen Sekundärkanal gebildet sind, wobei der Primärkanal spiralartig und der Sekundärkanal vorzugsweise als Neutral- oder Tangentialkanal ausgebildet 2 AT 005 037 Ul ist. Die beiden Einlasskanäle führen somit zu einem einzigen Einlassventil, wobei sich der Primärkanal spiralenartig um den Ventilführungsbutzen windet, während der Sekundärkanal direkt in den Ventilführungsbutzenbereich des Primärkanales führt. Der Sekundärkanal kann in seiner Ausführung zwischen einem Neutraloder einem Tangentialkanal bzw. Zwischenstufen zwischen diesen beiden Ausbildungen variieren. Der Vorteil dieser Konstruktion ist, dass einerseits ein sehr weiter Drallverstellbereich realisiert werden kann und dass andererseits sowohl bei hohem, als auch niedrigem Drallniveau ein guter Durchfluss erreichbar ist.

Zur Verstellung des Drallbereiches ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung im Sekundärkanal angeordnet ist. Zusätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass der Durchfluss durch den Primärkanal durch eine Steuereinrichtung verstellbar ist.

Die Steuereinrichtung kann als Klappe, als Schieber oder als Walzenschieber oder dergleichen ausgebildet sein, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Sekundärkanal und/oder der Primärkanal durch die Steuereinrichtung zumindest teilweise verschließbar ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass Primärkanal und Sekundärkanal getrennte Flanschflächen aufweisen, wobei vorzugsweise die Flanschfläche des Sekundärkanales räumlich versetzt zur Flanschfläche des Primärkanales ausgebildet ist. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass bei einer als Klappe ausgebildeten Steuereinrichtung die Klappenachse nicht durch den Kanalquerschnitt des Primärkanales führt.

In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich des Ventilführungsbutzens in Verlängerung zu einer Kanaltrennwand zwischen Primärkanal und Sekundärkanal eine zur Einlassöffnung hin offene Strömungsleitrippe ausgebildet ist, wobei sich vorzugsweise die Höhe der Strömungsleitrippe in Strömungsrichtung vermindert und wobei besonders vorzugsweise die Strömungsleitrippe zumindest teilweise der Spiralform des Primärkanales nachgeführt ist. Die im Verschneidungsbereich der beiden Einzelkanäle ausgebildete Strömungsleitrippe hat einen Einfluss auf die Strömungscharakteristik der Einlassströmung in den Brennraum. Im Vergleich zu bekannten Einlasskanalanordnungen mit durch eine Trennwand geteilten Teilkanälen besteht für die Strömungsleitrippe ein relativ hoher Gestaltungsspielraum.

Die Einlasskanaianordnung kann bei Brennkraftmaschinen mit einem, mit zwei oder mit mehreren Einlassventilen pro Zylinder eingesetzt werden. Bei diesen mehrventiligen Einlasssystemen kann mit Hilfe des geteilten Einlasskanals ein deutlich verbesserter Durchfluss bei hohem Drallniveau erzielt werden, als mit konventionellen Kanalabschaltsystemen. 3 AT 005 037 Ul

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einlasskanalanordnung in einer Seitenansicht in Richtung der Einlassströmung, Fig. 2 die Einlasskanalanordnung in einer Ansicht quer zu den Flanschebenen , Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einlasskanalanordnung, Fig. 4 die Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 2, Fig. 5 die Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie V - V in Fig. 2, Fig. 6 die Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig. 3, Fig. 7 die Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie VII - VII in Fig. 3 und Fig. 8 ein Kennliniendiagramm der Einlasskanalanordnung.

Die Einlasskanalanordnung 1 für eine Brennkraftmaschine weist einen Primärkanal 2 und einen Sekundärkanal 3 auf, welche sich im Bereich des Ventilraumes 4 des Einlassventiles 5 vereinigen. Primärkanal 2 und Sekundärkanal 3 sind bis zur Einmündung in den Ventilraum 4 völlig getrennt voneinander ausgeführt. Der Primärkanal 2 ist dabei spiralartig und der Sekundärkanal 3 als Neutralkanal oder aber auch als Tangentialkanal ausgebildet. Der Sekundärkanal 3 kann in seiner Ausführung auch zwischen einem Neutral- oder einem Tangentialkanal bzw. Zwischenstufen zwischen Neutral- und Tangentialkanal variieren. Die beiden von einem nicht weiter dargestellten Einlasssammler ausgehenden Einlasskanäle 2, 3 führen zu einem einzigen Einlassventil 5, wobei sich der Primärkanal 2 spiralenartig um den Ventilführungsbutzen 6 windet und der Sekundärkanal 3 direkt in den Bereich des Ventilführungsbutzens 6 führt.

Im Verschneidungsbereich des Primärkanales 2 und des Sekundärkanales 3 ist eine Strömungsleitrippe 7 ausgebildet, die für die Strömungscharakteristik der Einlassströmung eine gewisse Rolle spielt. Die Strömungsleitrippe 7 ist als Verlängerung der Kanaltrennwand 8 zwischen Primärkanal 2 und Sekundärkanal 3 ausgebildet, wobei sich die Höhe H der Strömungsleitrippe 7 in Strömungsrichtung vermindert. Die Strömungsleitrippe 7 ist dabei insbesondere der Spiralform des Primärkanales 2 nachgeführt.

Der Sekundärkanal 3 wird durch eine Steuereinrichtung 9, welche als Klappe, Schieber oder als Walzenschieber oder dergleichen ausgebildet sein kann, ganz oder teilweise verschlossen. Die Flanschfläche 10 des Sekundärkanales 3 ist dabei vorteilhafterweise etwas versetzt zur Flanschfläche 11 des Primärkanales 2 angeordnet, so dass die Achse 9a einer als Klappe ausgeführten Steuereinrichtung 9 nicht durch den Querschnitt des Primärkanales 2 führt. Auch im Primärkanal 2 kann gegebenenfalls eine Steuereinrichtung angeordnet werden, wodurch eine zusätzliche Drallverstellmöglichkeit gegeben ist. 4 AT 005 037 Ul

Die Einlasskanalanordnung 1 kann bei Brennkraftmaschinen mit einem Einlassventil 5, aber auch bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehreren Einlassventilen pro Zylinder eingesetzt werden. Bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehreren Einlassventilen pro Zylinder ergibt sich die Möglichkeit, den Primärkanal 2 mit anderen Primärkanälen des Einlasssystemes innerhalb des Zyiinder-kopfes zusammenzuführen.

Im Vergleich mit herkömmlichen Einlasskanalanordnungen mit einem Einlasskanal, welcher durch eine Trennwand in zwei Kanalteile getrennt ist, ergibt sich der Vorteil eines großen Drallverstellbereiches.

In Fig. 8 ist für eine beispielhafte Einlasskanalanordnung mit einer als Klappe ausgebildeten Steuereinrichtung Drall D und Durchfluss Q über dem Klappenwinkel α aufgetragen. Mit dem Klappenwinkel <x = 0 ist die geschlossene Klappenstellung bezeichnet. Bei etwa 78° ist die Klappe vollständig geöffnet. Deutlich ist erkennbar, dass der Drall D zwischen geöffneter Stellung O und geschlossener Stellung C weit variierbar ist, wobei sich der Durchfluss Q nur relativ wenig vermindert. 5

Claims

AT 005 037 Ul ANSPRÜCHE 1. Einlasskanalanordnung (1) für eine Brennkraftmaschine, bei der der Drall (D) einer über eine durch ein Hubventil gesteuerte Einlassöffnung in einen Brennraum mündenden Einlassströmung veränderbar ist, wobei pro Einlassventil (5) zumindest zwei Einlassströmungswege vorgesehen sind, welche sich im Bereich des Ventilraumes (4) vereinigen und wobei der Durchfluss (Q) durch zumindest einen der beiden Strömungswege mittels einer Steuereinrichtung (9) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strömungswege durch voneinander völlig getrennte Einlasskanäle, vorzugsweise durch einen Primärkanal (2) und einen Sekundärkanal (3), gebildet sind, wobei der Primärkanal (2) spiralartig und der Sekundärkanal (3) vorzugsweise als Neutral- oder Tangentialkanal ausgebildet ist.
2. Einlasskanalanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) im Sekundärkanal (3) angeordnet ist.
3. Einlasskanalanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Durchfluss des Primärkanales (2) durch eine Steuereinrichtung (9) verstellbar ist.
4. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) als Klappe ausgebildet ist.
5. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) als Schieber ausgebildet ist.
6. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (9) als Walzenschieber ausgebildet ist.
7. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkanal (3) und/oder der Primärkanal (2) durch die Steuereinrichtung (9) zumindest teilweise verschließbar ist.
8. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Primärkanal (2) und Sekundärkanal (3) getrennte Flanschflächen (11, 10) aufweisen, wobei vorzugsweise die Flanschfläche (10) des Sekundärkanales (3) räumlich versetzt zur Flanschfläche (11) des Primärkanales (2) ausgebildet ist.
9. Einlasskanalanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ventilführungsbutzens (6) in Verlän- 6 AT 005 037 Ul gerung zu einer Kanaltrennwand (8) zwischen Primärkanal (2) und Sekundärkanal (3) eine zur Einlassöffnung hin offene Strömungsleitrippe (7) ausgebildet ist, wobei sich vorzugsweise die Höhe (H) der Strömungsleitrippe (7) in Strömungsrichtung vermindert und wobei besonders vorzugsweise die Strömungsleitrippe (7) zumindest teilweise der Spiralform des Primärkana-les (2) nachgeführt ist. 7