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Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem eine Drehströmung im Brennraum erzeugenden Einlasskanal und einer im Einlasskanal angeordneten, um eine Drehachse drehbaren Steuerklappe zur Steuerung der Drehströmung, wobei in zumindest einer Klappenstellung die Einlassströmung auf eine erste Kanalseite abgelenkt wird.
Aus der US 5, 551, 392 A ist eine Einlasskanalanordnung bekannt, bei der in einem Einlasskanal eine Steuerklappe zur Steuerung einer Tumble-Strömung angeordnet ist. In der Schliessstellung der Steuerklappe wird die Einlassströmung zur oberen Kanalwand des Einlasskanals abgelenkt, wodurch im Brennraum eine starke Tumble-Strömung erzeugt wird. Die Steuerklappe wird dabei durch eine Leckageöffnung an der Oberseite der Klappe umströmt. Schon bei geringer Öffnung der Drosselklappe kommt es allerdings zu einem zusätzlichen Umströmen der Steuerklappe im Bereich der unteren Kanalwand, wodurch die Tumble-Strömung unterbrochen wird. Durch die abrupt endende Tumble-Strömung wird die Verbrennung im mittleren und oberen Teillastbereich nachteilig beeinflusst und der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfach Weise Kraftstoffverbrauch und Emissionen im Teillastbereich zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass auf der der ersten Kanalseite gegenüberliegenden zweiten Kanalseite im Bereich der Steuerklappe die Kanalwand des Einlasskanals eine entsprechend der Kontur der Steuerklappe koaxial zur Drehachse geformte Ausbuchtung aufweist. Durch die koaxiale Ausbuchtung an der zweiten Kanalseite wird erreicht, dass nicht nur in der Schliessstellung, sondern auch bei teilweise geöffneter Steuerklappe eine starke Drehströmung im Brennraum erzeugt wird. Bei einer Drehbewegung aus der Schliessstellung heraus fährt dabei der Rand der Steuerklappe die Ausbuchtung entlang, wodurch der Einlasskanal im Bereich der zweiten Kanalseite geschlossen bleibt.
Im Bereich der ersten Kanalseite hingegen wird entsprechend der Stellung der Steuerklappe ein Querschnitt freigegeben, wodurch die Einlassströmung zur ersten Kanalseite abgelenkt wird. Die Ablenkung zur ersten Kanalseite erfolgt somit nicht nur in der Schliessstellung der Steuerklappe, sondern auch in Teilöffnungsstellungen.
Durch die Neigung der Steuerklappe wird zudem die Ablenkung der ersten Kanalseite verstärkt.
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In einer einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ausbuchtung im Wesentlichen eine sphärische Form aufweist. Die sphärische Form der Ausbuchtung eignet sich besonders für eine Steuerklappe mit kreisrunder Kontur.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehachse der Steuerklappe exzentrisch bezüglich einer Kanalmittellinie angeordnet ist. Diese Ausführung eignet sich besonders für Steuerklappe mit einer mittig angeordneten Drehachse.
Durch eine Trennwand zwischen erster und zweiter Kanalseite stromabwärts der Steuerklappe kann die Drehströmung im Brennraum besonders stark ausgebildet werden. Um einerseits bei Teillast ein starke Drehströmung im Brennraum zu erreichen und andererseits den Durchfluss bei Vollast nicht nachteilig zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass der Anfangsbereich der Kanaltrennwand unmittelbar stromabwärts des Klappenrandes der geöffneten Steuerklappe angeordnet ist. Die Steuerklappe kann ungehindert durch die Kanaltrennwand bewegt werden. Dies ermöglicht es, die Steuerklappe nicht nur zur Steuerung der Drehströmung, sondern auch zu Lastregelung einzusetzen. Auf eine weitere Drosselklappe kann somit verzichtet werden.
Eine besonders gute Steuerung der Drehströmung wird erreicht, wenn sich die Trennwand bis in den Bereich des Ventilraumes des Einlasskanals erstreckt.
Ist die Drehströmung eine Tumble-Strömung, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drehachse der Steuerklappe im Wesentlichen normal auf die Zylinderachse angeordnet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Drehbewegung eine Drallbewegung um die Zylinderachse ist, und dass die Drehachse der Steuerklappe im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse angeordnet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass pro Zylinder zumindest zwei zu jeweils einer Einlassöffnung führende Zweigkanäle von einem gemeinsamen Einlasskanal ausgehen und dass die Steuerklappe stromaufwärts der Verzweigung der Zweigkanäle aus dem Einlasskanal angeordnet ist. Ist die Drehströmung eine Drallströmung, so ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Drehachse der Steuerklappe parallel zu einer die Verzweigung der Zweigkanäle bildenden Kanalzwischenwand angeordnet ist.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einlasskanalanordnung einer Brennkraftmaschine in einem Schnitt durch den Zylinderkopf in einer Ausführungsvariante, Fig. 2 diese Einlasskanalanordnung in einer Draufsicht und Fig. 3 eine erfindungsgemässe Einlasskanalanordnung in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Draufsicht.
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Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine im Zylinderkopf 2 angeordnete Einlasskanalanordnung 1 einer Brennkraftmaschine. Mit Bezugszeichen 3 ist ein in einem Zylinder 4 eines Zylindergehäuses 5 hin-und hergehender Kolben bezeichnet.
Die Einlasskanalanordnung 1 weist pro Zylinder 4 mindestens einen zu einem Brennraum 7 führenden Einlasskanal 6 auf. Im Einlasskanal 6 ist eine Steuerklappe 8 angeordnet, deren Drehachse 9 quer zum Einlasskanal 6 verläuft. Die Steuerklappe 8 lenkt in Zwischenstellungen die Einlassströmung 14 zu einer ersten Kanalseite 10 - im Ausführungsbeispiel die Kanaloberseite - ab. Stromabwärts der Steuerklappe 8 ist im Einlasskanal 6 eine Kanaltrennwand 11 angeordnet, welche den Einlasskanal 6 in einen ersten Teilkanal 12 und einen zweiten Teilkanal 13 aufteilt.
Die durch die Steuerklappe 8 zur ersten Kanalseite 10 abgelenkte Einlassströmung 14 strömt gemäss den Pfeilen den ersten Teilkanal 12 entlang an dem geöffneten Einlassventil 15 vorbei in den Brennraum 7, wo eine ausgeprägte Drehströmung 16 entsteht. Im gezeigten Fall ist die Drehströmung 16 eine Tumble-Strömung, also eine Walzenströmung um eine Achse, weiche normal auf die Zylinderachse 17 verläuft.
Mit Bezugszeichen 18 ist ein in den Einlasskanal 6 einmündendes Kraftstoffein- spritzventil bezeichnet.
Um nicht nur bei geschlossener, sondern auch bei teilgeöffneter Steuerklappe 8 eine ausgeprägte Drehströmung 16 im Brennraum 7 zu generieren, ist im Bereich der der ersten Kanalseite 10 gegenüberliegenden zweiten Kanalseite 19 - im Ausführungsbeispiel die Kanalunterseite - im Bereich der Steuerklappe 8 in die Kanalwand 26 eine Ausbuchtung 20 eingeformt, welche koaxial zur Drehachse 9 der Steuerklappe 8 und entsprechend der Kontur der Steuerklappe 8 gestaltet ist. Bei kreisrunder Form der Steuerklappe 8 ist die Ausbuchtung 20 vorteilhafterweise sphärisch geformt.
Durch die Ausbuchtung 20 wird erreicht, dass der Kappenrand 21 im Bereich der zweiten Kanalseite 19 innerhalb eines Öffnungswinkels a, der beispielsweise 300 oder 450 beträgt, in der Ausbuchtung 20 verläuft, wodurch der Einlasskanal 6 auf der Seite der zweiten Kanalseite 19 innerhalb des Öffnungswinkels ader Steuerklappe 8 geschlossen bleibt. Wird die Steuerklappe 8 über den Öffnungswinkel a hinaus verdreht, so verlässt der Kappenrand 21 die Ausbuchtung 20, wodurch die Einlassströmung 14 nun auch an der zweiten Kanalseite 19 entlang in den zweiten Teilkanal 13 strömen kann.
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In Fig. 1 ist die Steuerklappe 8 in Vollinien mit demjenigen Öffnungswinkel a eingezeichnet, bei dem die Einiassströmung 14 des Einlasskanals 6 noch zur Gänze in den ersten Teilkanal 12 abgelenkt wird. Mit strichlierten Linien ist die Steuerklappe 8 im geschlossenen Zustand dargestellt.
Besitzt die Steuerklappe beidseits der Drehachse 9 etwa gleich grosse Klappenteile 8a und 8b, so ist es günstig, wenn die Drehachse 9 etwas exzentrisch bezüglich der Kanalmittellinie 27, und zwar auf der Seite der Ausbuchtung 20, angeordnet ist. Die Exzentrizität zwischen Drehachse 9 und Kanalmittellinien 27 ist mit Bezugszeichen e bezeichnet.
Die Steuerklappe 8 dient somit nicht nur zur Steuerung der Drehströmung 16, sondern auch zur Steuerung des Durchflusses. Um insbesondere bei Vollast eine verlustfrei Einströmung bei grösstmöglichem Durchfluss zu ermöglichen, ist der Anfangsbereich 22 der Kanaltrennwand 11 unmittelbar stromabwärts des Klappenrandes 21 - bei vollständiger Klappenöffnung betrachtet-angeordnet. Somit wird die Drehbewegung der Steuerklappe 8 nicht durch die Kanaltrennwand 11 behindert. Der Endbereich 23 der Kanaltrennwand 11 befindet sich im Bereich des Ventilraumes 24 des Einlassventils 15.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Einlasssystem 1 als Zwillingseinlasssys-
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Zweigkanäle 6a, 6b und der Steuerklappe 8 angeordnet und spritzt Kraftstoff in beide Zweigkanäle 6a, 6b, und zwar jeweils in den oberen Teilkanal 12, ein.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Einlasssystems 1 mit einem Einlasskanal 6, welcher sich im Bereich einer durch eine Kanalzwischenwand 30 gebildeten Verzweigung 25 in zwei Zweigkanäle 6a, 6b aufspaltet. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 spritzt Kraftstoff über eine Fenster 31 in beide Zweigkanäle 6a, 6b ein. Der eine Zweigkanal 6a ist als Neutralkanal, der andere Zweigkanal 6b als Tangentialkanal ausgeführt. Analog zu der in der Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung wird in einer Teilöffnungsstellung mit einem Öffnungswinkel a die Einlassströmung 14 auf die erste Kanalseite 10 abgelenkt und in den Zweigkanal 6b geführt, so dass eine Drehströmung 16 um die Zylinderachse 17 (Drallströmung) im Brennraum 7 generiert wird.
Bewegt sich der Kappenrand 21 innerhalb der Ausbuchtung 20, so bleibt der Einlasskanal 6 im Bereich der zweiten Kanalseite 19 geschlossen. Erst nach Überschreiten des Winkels a wird die Steuerklappe 8 auch an der zweiten Kanalseite 19 umströmt.
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In der beschriebenen Weise kann bei Einlasssystemen 1 mit als Einzel- oder Mehrfachkanälen ausgebildeten Einlasskanälen 6 mittels einer einzigen Steuerklappe 8 sowohl die Drehströmung 16, welche eine Tumble-Strömung oder eine Drallströmung um die Zylinderachse 17 sein kann, als auch die Menge der Einlassströmung 14 gesteuert werden.
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The invention relates to an inlet duct arrangement for an internal combustion engine with at least one inlet duct producing a rotary flow in the combustion chamber and a control flap arranged in the inlet duct and rotatable about an axis of rotation for controlling the rotational flow, the inlet flow being deflected to a first duct side in at least one flap position.
From US 5, 551, 392 A an inlet channel arrangement is known in which a control flap for controlling a tumble flow is arranged in an inlet channel. In the closed position of the control flap, the inlet flow is deflected to the upper duct wall of the inlet duct, as a result of which a strong tumble flow is generated in the combustion chamber. The control valve is flowed through by a leakage opening at the top of the valve. Even if the throttle valve is only slightly opened, there is an additional flow around the control valve in the region of the lower duct wall, as a result of which the tumble flow is interrupted. The abruptly ending tumble flow adversely affects combustion in the middle and upper part-load range and increases fuel consumption and emissions.
The object of the invention is to avoid these disadvantages and to improve fuel consumption and emissions in the partial load range in the simplest possible manner.
According to the invention, this is achieved in that, on the second channel side opposite the first channel side, in the area of the control flap, the channel wall of the inlet channel has a bulge which is shaped coaxially with the axis of rotation according to the contour of the control flap. The coaxial bulge on the second channel side ensures that a strong rotary flow is generated in the combustion chamber not only in the closed position but also when the control flap is partially open. With a rotary movement out of the closed position, the edge of the control flap moves along the bulge, as a result of which the inlet duct in the region of the second duct side remains closed.
In the area of the first channel side, on the other hand, a cross section is released in accordance with the position of the control flap, as a result of which the inlet flow is deflected to the first channel side. The deflection to the first side of the channel thus takes place not only in the closed position of the control flap, but also in the partially open positions.
The deflection of the first channel side is also increased by the inclination of the control flap.
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In a simple embodiment variant, it is provided that the bulge essentially has a spherical shape. The spherical shape of the bulge is particularly suitable for a control flap with a circular contour.
It is particularly advantageous if the axis of rotation of the control flap is arranged eccentrically with respect to a channel center line. This version is particularly suitable for control flaps with a central axis of rotation.
The rotary flow in the combustion chamber can be made particularly strong by a partition between the first and second channel sides downstream of the control flap. In order on the one hand to achieve a strong rotary flow in the combustion chamber at part load and on the other hand not to adversely affect the flow at full load, it is provided that the starting area of the duct partition is arranged immediately downstream of the flap edge of the opened control flap. The control flap can be moved freely through the duct partition. This makes it possible to use the control valve not only to control the three-phase flow, but also to control the load. There is therefore no need for a further throttle valve.
A particularly good control of the rotary flow is achieved if the partition extends into the area of the valve space of the inlet channel.
If the rotary flow is a tumble flow, it is particularly advantageous if the axis of rotation of the control flap is arranged essentially normal to the cylinder axis. However, it can also be provided that the rotary movement is a swirl movement about the cylinder axis and that the axis of rotation of the control flap is arranged essentially parallel to the cylinder axis.
It is also provided within the scope of the invention that at least two branch ducts leading to an inlet opening in each cylinder start from a common inlet duct and that the control flap is arranged upstream of the branching of the branch ducts from the inlet duct. If the rotary flow is a swirl flow, it is provided within the scope of the invention that the axis of rotation of the control flap is arranged parallel to a channel intermediate wall forming the branching of the branch channels.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows an intake duct arrangement according to the invention of an internal combustion engine in a section through the cylinder head in one embodiment variant, FIG. 2 shows this intake duct arrangement in a plan view, and FIG. 3 shows an intake duct arrangement according to the invention in a second embodiment variant in a plan view.
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Functionally identical parts are provided with the same reference symbols in the exemplary embodiments.
1 and 2 show an intake port arrangement 1 of an internal combustion engine arranged in the cylinder head 2. Reference number 3 denotes a piston which reciprocates in a cylinder 4 of a cylinder housing 5.
The intake port arrangement 1 has at least one intake port 6 leading to a combustion chamber 7 per cylinder 4. A control flap 8 is arranged in the inlet channel 6, the axis of rotation 9 of which extends transversely to the inlet channel 6. In intermediate positions, the control flap 8 deflects the inlet flow 14 to a first channel side 10 - in the exemplary embodiment the channel top side. A duct partition 11 is arranged downstream of the control flap 8 in the inlet duct 6 and divides the inlet duct 6 into a first sub-duct 12 and a second sub-duct 13.
The inlet flow 14 deflected by the control flap 8 to the first channel side 10 flows according to the arrows along the first subchannel 12 past the opened inlet valve 15 into the combustion chamber 7, where a pronounced rotary flow 16 arises. In the case shown, the rotary flow 16 is a tumble flow, that is to say a roll flow about an axis which runs normally on the cylinder axis 17.
A fuel injection valve opening into the inlet channel 6 is designated by reference numeral 18.
In order to generate a pronounced rotary flow 16 in the combustion chamber 7 not only when the control flap 8 is closed but also when it is partially open, in the region of the second channel side 19 opposite the first channel side 10 - in the exemplary embodiment the channel underside - in the region of the control flap 8 into the channel wall 26 Bulge 20 is formed, which is designed coaxially to the axis of rotation 9 of the control flap 8 and corresponding to the contour of the control flap 8. In the case of a circular shape of the control flap 8, the bulge 20 is advantageously spherically shaped.
The bulge 20 ensures that the cap edge 21 extends in the bulge 20 in the region of the second channel side 19 within an opening angle a, which is, for example, 300 or 450, so that the inlet channel 6 on the side of the second channel side 19 runs within the opening angle Control flap 8 remains closed. If the control flap 8 is rotated beyond the opening angle a, the cap edge 21 leaves the bulge 20, as a result of which the inlet flow 14 can now also flow along the second channel side 19 into the second partial channel 13.
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In Fig. 1, the control flap 8 is drawn in solid lines with that opening angle a, at which the inlet flow 14 of the inlet channel 6 is still completely deflected into the first sub-channel 12. The control flap 8 is shown in dashed lines in the closed state.
If the control flap has flap parts 8a and 8b of approximately the same size on both sides of the axis of rotation 9, it is advantageous if the axis of rotation 9 is arranged somewhat eccentrically with respect to the channel center line 27, specifically on the side of the bulge 20. The eccentricity between axis of rotation 9 and channel center lines 27 is designated by reference symbol e.
The control flap 8 thus serves not only to control the rotary flow 16, but also to control the flow. In order to enable a loss-free inflow with the greatest possible flow, in particular at full load, the starting area 22 of the duct partition 11 is arranged immediately downstream of the flap edge 21, when the flap opening is complete. Thus, the rotary movement of the control flap 8 is not hindered by the channel partition 11. The end region 23 of the duct partition 11 is located in the region of the valve chamber 24 of the inlet valve 15.
As can be seen from FIG. 2, the intake system 1 can be configured as a twin intake system.
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Branch channels 6a, 6b and the control valve 8 are arranged and inject fuel into both branch channels 6a, 6b, in each case in the upper subchannel 12.
FIG. 3 shows a second embodiment variant of an inlet system 1 with an inlet duct 6, which splits into two branch ducts 6a, 6b in the region of a branch 25 formed by a duct intermediate wall 30. The fuel injection valve 18 injects fuel through a window 31 into both branch channels 6a, 6b. One branch channel 6a is designed as a neutral channel, the other branch channel 6b as a tangential channel. Analogously to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the inlet flow 14 is deflected onto the first channel side 10 in a partially open position with an opening angle α and is guided into the branch channel 6b, so that a rotary flow 16 about the cylinder axis 17 (swirl flow) in the combustion chamber 7 is generated.
If the cap edge 21 moves within the bulge 20, the inlet duct 6 in the region of the second duct side 19 remains closed. Only after the angle a has been exceeded is the control valve 8 also flowed around on the second channel side 19.
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In the manner described, in intake systems 1 with intake channels 6 designed as single or multiple channels, both the rotary flow 16, which can be a tumble flow or a swirl flow about the cylinder axis 17, and the amount of the intake flow 14 can be controlled by means of a single control flap 8 become.