DE102005040334A1

DE102005040334A1 - Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005040334A1
Application number: DE102005040334A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Wako Sato
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060048741A1; JP2006070860A; US7182057B2; ITTO20050550A1

Abstract

Es ist eine Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine (1) mit einer verbesserten Einlassöffnungs-Durchgangsanordnung bereitzustellen, welche den Wirkungsgrad des Lufteinlasses in eine Brennkraftmaschine (5) zu steigern gestattet. In einer Brennkraftmaschine (1), die ein Einlassventil (10) aufweist, welches eine Öffnung (6) einer Brennkammer (5) öffnet und schließt und welches einen Ventilschaft (10a) aufweist, der in einer Ventilführung (11) frei gleitbar getragen ist, welche an einer Zwischenstelle an einer gekrümmten Außenwand der Einlassöffnung (7) befestigt ist, die gekrümmt von einem in einer Seite eines Zylinderkopfs offenen Loch zur Öffnung (6) der Brennkammer (5) verläuft, ist eine Einlassöffnung (7) so konfiguriert, dass der Durchgangsquerschnittsbereich eines stromabwärts liegenden Bereiches (7L) der Einlassöffnung (7) sich mit zunehmendem Abstand in der Stromaufwärtsrichtung von der Öffnung (6) der Brennkammer (5) verringert; der Durchgangsquerschnittsbereich an einer Stelle (P¶10¶), die in Stromaufwärtsrichtung in einer Entfernung liegt, welche gleich etwa 10% der Gesamtlänge der Einlassöffnung (7) von der Öffnung (6) der Brennkammer (5) beträgt, ist das 0,8-fache des Öffnungsbereichs der Brennkammer (5) oder kleiner.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine.

Hintergrund-Technik

Einlassöffnungen einer Brennkraftmaschine sind im Zylinderkopf der Maschine gebildet. Jede Einlassöffnung bildet einen Durchgang, der zu einer Öffnung einer Brennkammer bzw. eines Brennraumes führt und durch den Einlassluft in die Brennkammer geleitet wird. Ein Einlassventil, welches die Öffnung der Brennkammer öffnet und verschließt, weist einen Ventilschaft auf, der sich rechtwinklig von der Mitte der Öffnung aus erstreckt. Die Einlassöffnung erstreckt sich außerhalb des Weges des Ventilschaftes gekrümmt von der Öffnung der Brennkammer.

Daher ist eine Ventilführung, die an einer äußeren gekrümmten Wand befestigt ist, welche auf einer von der Krümmungsmitte der Einlassöffnung weiter entfernt liegenden Seite vorgesehen ist in dem Zylinderkopf gekrümmt gebildet. Das Einlassventil wird durch die Ventilführung frei gleitbar bzw. verschiebbar getragen.

Somit erstreckt sich in einer gemeinsamen Einlassöffnungsanordnung eine Einlassöffnung von einer Seite in der Stromaufwärtsrichtung eines Zylinderkopfs zu einer Öffnung einer Brennkammer, und die betreffende Einlassöffnungsanordnung ist derart gekrümmt, dass ein Ventilschaft an der Stelle, an der etwa eine Ventilführung sitzt, zu einer zentralen vertikalen Achse der Einlassöffnung wird (siehe z.B. JP-A Nr. 301119/1995).

In weit verbreiteten Fällen führt der Stromabwärtsbereich dort, wo eine Ventilführung einer Einlassöffnung liegt, zu einer Öffnung einer Brennkammer mit nahezu keiner Änderung im Durchgangsquerschnittsbereich.

Offenbarung der Erfindung

Durch die Erfindung zu lösendes Problem

Daher wird die Einlassluft, die in die Einlassöffnung strömt, nach gekrümmter Strömung längs einer gekrümmten Wandfläche rechtwinklig zur Öffnung der Brennkammer geleitet, da sie ohne Verursachung einer Verteilung unterzogen wird oder eine Komprimierung erfährt. Der meiste Teil der Einlassluft steuert dann einen kreisförmigen Endbereich eines Einlassventils an. Bei dieser Anordnung wird die in die Brennkammer eintretende Einlassluft einem großen Widerstand ausgesetzt, so dass es schwierig ist, den Wirkungsgrad des Einlasses in die Brennkammer zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist angesichts des obigen Problems geschaffen worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einlassöffnungsanordnung, die eine verbesserte Einlassöffnungs-Durchgangsanordnung aufweist, für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, um zu ermöglichen, den Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer zu verbessern.

Mittel bzw. Einrichtungen zur Lösung des Problems und Wirkung der Erfindung

Um die obige Aufgabe zu lösen bzw. um das obige Ziel zu erreichen, stellt die Erfindung gemäß dem Anspruch 1 eine Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil bereit, welches eine Öffnung in einer Brennkammer öffnet und verschließt und welches einen Ventilschaft aufweist, der von einer Ventilführung frei verschiebbar getragen ist, die an einer Zwischenstelle an einer äußeren gekrümmten Wand einer Einlassöffnung befestigt ist, welche gekrümmt von einem in einer Seite des Zylinderkopfes geöffneten bzw. offenen Loch aus zu der Öffnung der Brennkammer führt. Bei der Einlassöffnungsanordnung nimmt ein Durchgangs-Querschnittsbereich eines Stromabwärtsbereiches der Einlassöffnung mit zunehmender Entfernung in der Stromaufwärtsrichtung von der Öffnung der Brennkammer ab, und der Durchgangsquerschnittsbereich an der Stelle, die stromaufwärts um einen Abstand, der gleich etwa 10% einer Gesamtlänge der Einlassöffnung von der Öffnung der Brennkammer aus beträgt, ist das 0,8-fache des Bereichs der Öffnung der Brennkammer oder kleiner.

Der Stromabwärtsbereich der Einlassöffnung führt zu der Öffnung der Brennkammer, wobei der Durchgangsquerschnitt der Einlassöffnung sich im Vergleich zu dem Fall, dass eine konventionelle Einlassöffnung verwendet wird, im Abschnitt zwischen der Öffnung der Brennkammer und einer Stelle, die in Stromaufwärtsrichtung in einem Abstand, der gleich etwa 10% der Gesamtlänge der Einlassöffnung beträgt (der Durchgangs-Querschnittsbereich an der Stelle beträgt das 0,8-fache oder weniger des Bereichs der Öffnung der Brennkammer) rasch erweitert. Wenn bei dieser Anordnung das Einlassventil die Öffnung der Brennkammer öffnet, tritt die Einlassluft in die Brennkammer durch die Öffnung nach dem Starten, unmittelbar im Voraus, sich schnell nach außen verteilend ein.

Die Luft tritt schnell sich nach außen verteilend in die Brennkammer ein, bewegt sich entsprechend am Fuß eines Berges verteilend gleichmäßig längs einer gekrümmten Oberfläche eines kreisförmigen Endbereichs des Einlassventils, welches unmittelbar in Stromabwärtsrichtung der Öffnung der Brennkammer liegt. Bei dieser Anordnung ist der Einlasswiderstand verrin gert, und der Wirkungsgrad des Einlasses in die Brennkammer kann verbessert werden.

Wenn die Luft in die Brennkammer eintritt, während sie sich schnell ausdehnt, erweitert sich sogar dann, wenn eine Luftstauschicht nahe der Wandoberfläche der Einlassöffnung gebildet ist, der tatsächliche Luftströmungsdurchgangsbereich zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades des Lufteinlasses in die Brennkammer.

Die Erfindung gemäß dem Anspruch 2 stellt eine Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil bereit, welches eine Öffnung einer Brennkammer öffnet und verschließt und welches einen Ventilschaft aufweist, der von einer Ventilführung frei verschiebbar getragen ist, die an einer Zwischenstelle an einer äußeren gekrümmten Wand einer Einlassöffnung befestigt ist, welche gekrümmt von einem in einer Seite eines Zylinderkopfs offenen bzw. geöffneten Loch zu der Öffnung der Brennkammer hinführt. Bei der Einlassöffnungsanordnung weist ein Bereich stromabwärts der Ventilführung der Einlassöffnung einen Durchgangsquerschnitt auf, dessen Form sich kontinuierlich ändert, und der Bereich weist eine Stelle auf, an der das Verhältnis Längs- zu Querdurchmesser des Durchgangsquerschnitts 0,9 oder kleiner ist.

Wenn die Längsrichtung eines beliebigen Durchgangsquerschnitts der Einlassöffnung als die Richtung festgelegt wird bzw. ist, in der die Schnittlinie zwischen einer Ebene, welche die Mitte des beliebigen Durchgangsquerschnitts und eine axiale Linie des Ventilschaftes aufweist, und dem beliebigen Durchgangsquerschnitt verläuft und die Querrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts als die Richtung festgelegt wird bzw. ist, die rechtwinklig zu der Längsrichtung verläuft, dann bezieht sich das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser auf das Verhältnis des Längsdurchmessers zum Querdurchmesser (Längsdurchmesser dividiert durch Querdurchmesser), wobei der Längsdurchmesser die größte Breite in der Längsrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts ist und wobei der Querdurchmesser die größte Breite in der Querrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts ist.

In einem Abschnitt stromabwärts von der Ventilführung der Einlassöffnung befindet sich eine Stelle, an der der Durchgangsquerschnitt eine elliptische Form aufweist, deren Längsdurchmesser verhältnismäßig deutlich kleiner ist als der Querdurchmesser bei einem Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser von 0,9 oder kleiner. Daher tritt die Luft, die in die Einlassöffnung strömt, in die Brennkammer ein, nachdem sie sich unter Verteilung in der Längsrichtung bewegt, und zwar von der Stelle aus an der der Querschnitt eine elliptische Form aufweist, deren Längsdurchmesser kleiner als der Querdurchmesser bei einem Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser von 0,9 oder kleiner ist, zu der ausgezeichnet kreisförmigen Öffnung der Brennkammer. Von der in die Brennkammer einströmenden Luft kann die Luft, die längs der äußeren gekrümmten Wandfläche gelangt und die in die Brennkammer unter Bildung eines Winkels mehr rechtwinklig zu einem kreisförmigen Endbereich des Einlassventils strömt als die entsprechenden Winkel, welche durch die Luft gebildet werden, die auf anderem Wege als längs der gekrümmten Wandfläche gelangt, in eine nach außen sich verteilende Luftströmung transformiert werden. Daher kann die längs der äußeren gekrümmten Wandfläche gelangende Luft unmittelbar nach Eintreten in die Brennkammer sich gleichmäßig längs der gekrümmten Fläche entsprechend dem Fuß eines Berges verteilend von dem kreisförmigen Endbereich des Einlassventils vorbewegen. Auf diese Weise ist der Widerstand gegenüber der in die Brennkammer eintretenden Luft verringert, so dass der Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer verbessert werden kann.

Die Erfindung gemäß dem Anspruch 3 stellt eine Einlassöffnungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2 bereit und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich auf der Stromabwärtsseite der Ventilführung der Einlassöffnung eine äußere gekrümmte Wandfläche aufweist, die mittels eines Ablenkpunktes in eine umgekehrt gekrümmte Wandfläche bzw. in eine gekrümmte Umkehrwandfläche transformiert ist, wobei die gekrümmte Umkehrwandfläche nach außen verteilend zu der Öffnung der Brennkammer hinführt.

Von der Luft, die in die Brennkammer strömt, kann die Luft, die längs der äußeren gekrümmten Wandfläche gelangt und die in die Brennkammer unter Bildung eines Winkels von mehr als einem rechten Winkel zu dem kreisförmigen Endbereich des Einlassventils strömt als die entsprechenden Winkel, welche durch die Luft gebildet sind, die auf anderem Wege als längs der äußeren gekrümmten Wandfläche gelangen, unmittelbar vor Erreichen der Öffnung der Brennkammer ungezwungen und gleichmäßig in eine nach außen sich verteilende Luftströmung transformiert werden. Dies gestattet es, dass die Luft längs der äußeren gekrümmten Wandfläche zu einer Weiterbewegung längs der gekrümmten Fläche des kreisförmigen Endbereichs des Einlassventils gelangt. Auf diese Art und Weise ist der Widerstand gegenüber der in die Brennkammer eintretende Luft verringert, so dass der Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer weiter verbessert bzw. gesteigert werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Schnittansicht des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Endansicht, welche eine Außenlinienform einer Einlassöffnung veranschaulicht.
3 veranschaulicht Änderungen im Durchgangsquerschnitt in einem Stromabwärtsbereich der Einlassöffnung.
4 zeigt eine Schnittansicht der Einlassöffnung, die ein Einlassventil enthält.
5 veranschaulicht in einem Diagramm Änderungen im Durchgangsquerschnittsbereich der Einlassöffnung.
6 veranschaulicht in einem Diagramm Änderungen im Verhältnis des Längs- zu Querdurchmessers V/H in einem Stromabwärtsbereich der Einlassöffnung.
Beste Ausführungsform zur Ausführung der Erfindung
Unter Bezugnahme auf 1 bis 6 wird im folgenden eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Eine Brennkraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit vier Ventilen. 1 zeigt einen Querschnitt der Brennkraftmaschine 1.
Ein Zylinderkopf 4 ist an einem Zylinderblock 3 angebracht, in welchem ein Kolben 2 in einer Zylinderbohrung frei gleitbar untergebracht ist. Der Zylinderkopf 4 weist eine Brennkammer 5 auf, die oberhalb des Kolbens 2 und neben der Stelle positioniert ist, an der der Zylinderkopf 4 und der Zylinderblock 3 verbunden sind.
Die Brennkammer 5 weist ein sogenannte Halbdach auf, welches aus einem Paar von flachen Dachebenen besteht, die sich unter Bildung eines hohen Mittelteiles schneiden.
Eine der Dachebenen weist ein Paar von Einlässen 6, 6 auf, von denen Einlassöffnungen 7, 7 gekrümmt zu dem Zylinderkopf verlaufen. Die beiden Einlassöffnungen 7, 7 sind zu einer Einlassöffnung vereinigt.
Die Einlassöffnung 7 stellt einen Lufteinlassdurchgang dar, der nämlich durch Öffnung eines Loches in einer Seite des Zylinderkopfes 4 gebildet ist, in welchem das Loch in zwei Zweige aufgeteilt ist, die durch die Einlässe 6, 6 in die Brennkammer 5 gekrümmt verlaufen.
Die andere der Dachebenen weist ein Paar von Auslässen 8, 8 auf, von denen Abgasöffnungen 9, 9 gekrümmt in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung verlaufen, in der sich die Einlassöffnungen 7, 7 erstrecken.
Jeder der Einlässe 6, 6 besteht aus einem kreisförmigen Ventilsitz 6a, und jeder der Auslässe 8, 8 besteht aus einem kreisförmigen Ventilsitz 8a.
Ein Einlassventil 10, welches den Einlass 6 öffnet und verschließt, weist einen Ventilschaft 10a auf, der sich durch eine Ventilführung 11 erstreckt, die an einer äußeren gekrümmten wand befestigt ist (die gekrümmte Wand an einer weiter weg liegenden Seite von der Krümmungsmitte), und zwar an einer Stelle, die auf dem Wege längs der Einlassöffnung 7 liegt, und das betreffende Ventil ist dadurch von der Ventilführung 11 frei gleitbar getragen. Eine Ventilfläche 10c an einem Umfang eines kreisförmigen Endteiles 10b des Ventilschaftes 10a gelangt mit einem Ventilsitz 6a in und außer Berührung, um den Einlass 6 zu schließen und zu öffnen.
In entsprechender Weise weist ein Auslass bzw. Abgasventil 12, welches den Auslass 8 öffnet und schließt, einen Ventilschaft 12a auf, der sich durch eine Ventilführung 13 erstreckt, die an einer äußeren gekrümmten Wand an einer Stelle auf dem Wege längs der Abgasöffnung 9 befestigt ist, und das betreffende Ventil wird dadurch von der Ventilführung 13 frei gleitbar getragen. Eine Ventilfläche 12c an einem Umfang eines kreisförmigen Endbereiches 12b des Ventilschaftes 12a gelangt mit einem Ventilsitz 8a in und außer Berührung, um den Auslass 8 zu schließen und zu öffnen.
Eine (nicht dargestellte) Ventilsteuervorrichtung, welche das Einlassventil 10 und das Auslassventil 12 steuert, ist oberhalb des Zylinderkopfes 4 vorgesehen.
Im folgenden wird die Einlassöffnung 7 der Brennkraftmaschine 1 näher erläutert.
2 veranschaulicht in einer Endansicht eine Außenlinienform der Einlassöffnung 7 bei einer Betrachtung, wenn die Einlassöffnung 7 in Längsrichtung in einer Ebene geschnitten wird, die eine Achsenlinie As des Einlassventils 10 enthält.
Eine Mittellinie Lc der gekrümmten Einlassöffnung 7 ist ebenfalls gekrümmt. Ein Durchgangsquerschnitt der Einlassöffnung 7 ist ein Querschnitt, der durch einen Schnitt der Einlassöffnung 7 in einer Ebene rechtwinklig zu der Mittellinie Lc erhalten wird.
Änderungen im Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs über einen Bereich bzw. Abschnitt zwischen dem Einlass 6 und einem stromaufwärts liegenden Verbindungsanschluss 7a (einer Öffnung in der Seitenwand des Zylinderkopfes 4, die ein Stromaufwärtsende der Einlassöffnung 7 für eine Verbindung mit einem Einlassrohr bildet) sind in dem Diagramm gemäß 5 in voll ausgezogener Linie veranschaulicht.
Die horizontale Achse des Diagramms in 5 stellt Orte längs des Einlassdurchgangs, der vom Einlass 6 zu der stromaufwärts liegenden Verbindungsöffnung 7a verläuft, in Angaben der Distanz bzw. Entfernung dar, die im Prozentsatz der Gesamtlänge des Einlassdurchgangs vom Einlass 6 angegeben ist.
Folgt man den Änderungen im Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs in der Stromaufwärtsrichtung von der Durchgangsstelle P₀ mit 0% beginnend (der Einlass 6), dann stellt man folgendes fest. Der Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs nimmt im Abschnitt von der 0%-Durchgangsstelle P₀ (dem Einlass 6) zu der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ rasch ab, steigt allmählich im Abschnitt von der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ bis nahe der 30%-Durchgangsstelle P₃₀, an der die Ventilführung 11 sitzt, sinkt wieder im Bereich von der 30%-Durchgangsstelle P₃₀ bis etwa zu der 40%-Durchgangsstelle P₄₀ ab und steigt dann allmählich in den anschließenden Bereich an, der zu der 100%- Durchgangsstelle P₁₀₀ (der stromaufwärts liegenden Verbindungsöffnung 7a) hinführt.
Wie für den stromabwärts liegenden Bereich 7L der Einlassöffnung 7, das ist der Bereich vom Einlass 6 bis zu der 10%-Durchgangsstelle P₁₀, ist der Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ so klein wie das 0,8-fache oder weniger des Bereiches der Öffnung des Einlasses 6.
In 3 sind Änderungen im Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs längs des Stromabwärtsbereiches 7L der Einlassöffnung 7 veranschaulicht.
In 3 sind Schnittansichten, wie in 2 gezeigt, die an der 0%-Durchgangsstelle P₀ (dem Einlass 6), der 3%-Durchgangsstelle P₃, der 6%-Durchgangsstelle P₆ und der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ der Einlassöffnung 7 erfasst sind.

Der Teil (1) von 3 zeigt einen Querschnitt, der perfekt kreisförmig ist und der an der 0%-Durchgangsstelle des Einlassdurchgangs P₀ (dem Einlass 6) erfasst ist.
Der Teil (2) von 3 zeigt einen Querschnitt, der an der 3%-Durchgangsstelle P₃ des Einlassdurchgangs erfasst ist. Dieser Querschnitt zeigt im Vergleich zu dem perfekt kreisförmigen Querschnitt, der am Einlass 6 erfasst ist, abgeflachte obere und untere Bereiche, wobei die Abflachung besonders am bzw. im oberen Bereich merklich ist und eine starke Verringerung im Querschnittsbereich darstellt.
Der Teil (3) von 3 zeigt einen Querschnitt, der an der 6%-Durchgangsstelle P₆ des Einlassdurchgangs erfasst ist. Bei diesem Querschnitt sind die oberen und unteren Bereiche weiter eingedrückt, wobei die Verringerung insbesondere im oberen Bereich wahrnehmbar ist. Der betreffende Querschnitt stellt eine weitere Verringerung im Querschnittsbereich dar.
Der Teil (4) von 3 zeigt einen Querschnitt, der an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ des Einlassdurchgangs erfasst ist. Dieser Querschnitt stellt eine Gesamtverringerung von dem an der 6%-Durchgangsstelle P₆ erfassten Querschnitt dar, wobei die Verringerungsrate jedoch gering ist.

Änderungen im Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs einer konventionellen generellen Einlassöffnung sind in dem Diagramm gemäß 5 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Aus einem Vergleich der 0%-Durchgangsstelle P₀ (Einlass) und der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ der konventionellen Einlassöffnung ist bekannt, dass der Querschnittsbereich bei der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ etwa das 0,96-fache des Öffnungsbereichs des Einlasses beträgt, was eine kleine allmähliche Verringerung darstellt.
Somit macht es ein Vergleich zwischen der Einlassöffnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der konventionellen Einlassöffnung klar, dass in dem stromabwärts liegenden Bereich 7L, das heißt über dem Abschnitt, der vom Einlass 6 zu der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ der Einlassöffnung 7 gemäß der vorliegenden Ausführung hinführt, der Querschnittsbereich rasch abnimmt, wie dies in 3 veranschaulicht ist.
Aus der Beobachtung der Änderungen im Querschnittsbereich des Einlassdurchgangs der Einlassöffnung 7 in Richtung des Einlasses ist es bekannt, dass der Einlassdurchgang über den Abschnitt, der zu dem stromabwärts liegenden Bereich 7L führt, allmählich enger wird und nach Erreichen der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ in seinem Querschnittsbereich über den folgenden Abschnitt, der zu dem Einlass 6 hinführt, vergrößert bzw. erweitert ist, erst langsam und dann rasch.
Wenn das Einlassventil 10 den Einlass 6 öffnet, um zu veranlassen, dass die Luft über den Stromaufwärtsabschnitt der Einlassöffnung 7 in die Brennkammer 5 geleitet wird, tritt die Luft somit in die Brennkammer 5 durch den Einlass 6 nach Beginn einer raschen nach außen erfolgenden Ausdehnung unmittelbar bei der Vorwärtsbewegung ein.
Die schnell expandierende Luf t, welche in die Brennkammer 5 eintritt, wird unmittelbar nach Eintreten in die Brennkammer 5 durch den Einlass 6 gleichmäßig längs der gekrümmten Fläche, unter Verteilung wie am Fuß eines Berges, des kreisförmigen Endbereiches 10b geführt, wie dies in 4 durch Pfeile mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist. Auf diese Weise ist der Widerstand gegenüber der in die Brennkammer 5 eintretenden Luft derart verringert, dass ein hoher Einlasswirkungsgrad erzielt werden kann.
Wenn die Luft in die Brennkammer unter schneller Ausdehnung eintritt, und zwar sogar dann, wenn eine Luftstauschicht nahe der Wandfläche der Einlassöffnung gebildet ist, nimmt der tatsächliche Luftströmungs-Durchgangsbereich zu, um den Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer weiter zu steigern.
In der Einlassöffnung 7 ändert sich der Durchgangsquerschnitt in dem Stromabwärtsbereich 7L ebenfalls zwischen Durchgangsstellen, wie dies in 3 gezeigt ist.
Der anfängliche kreisförmige Durchgangsquerschnitt ist so verändert, dass er abgeflachte Bereiche aufweist. Eine Einsenkung, die aus einer Abflachung resultiert, ist besonders im oberen Bereich des Durchgangsquerschnitts feststellbar, wie dies in 3 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf 2 bezeichnet das Bezugszeichen 7o eine äußere gekrümmte Wandfläche auf der weiter weg liegenden Seite von der Krümmungsmitte der gekrümmten Einlassöffnung 7, und mit dem Bezugszeichen 7i ist eine innere gekrümmte Wandfläche auf der dichter bei der Krümmungsmitte der gekrümmten Einlassöffnung 7 liegenden Seite bezeichnet. Die oberen Bereiche der in 3 dargestellten Durchgangsquerschnitte entsprechen der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o. Im Vergleich mit einer Einlassöffnung, die in 2 durch eine gestrichelte Linie mit zwei Punkten dargestellt ist und deren Durchgangsquerschnitt etwa perfekt kreisförmig ist, enthält die äußere gekrümmte Wandfläche 7o der Einlassöffnung 7 einen Bereich, der offensichtlich starker eingedrückt ist als die anderen Bereiche.
Der stromabwärts liegende Bereich 7L der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o der Einlassöffnung 7 enthält einen Ablenkungspunkt Q, der nahe der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ liegt. Eine gekrümmte Umkehrwandfläche 7oc befindet sich auf der Stromabwärtsseite des Ablenkungs- bzw. Wendepunktes Q (siehe 2).
Die gekrümmte Umkehrwandfläche 7oc erstreckt sich, wie sie ist, zu dem Einlass 6.
Die Luft, die sich entlang der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o bewegt, ändert ihre Strömungsrichtung in konventionellen Fällen meist scharf, wie dies in 2 durch eine doppelt gestrichelte Linie veranschaulicht ist, um in die Brennkammer einzutreten. Die Luft, die sich längs der gekrümmten Wandfläche 7o bewegt, wird daher veranlasst, in die Brennkammer unter Bildung eines Winkels einzutreten, der mehr als einen rechten Winkel zu dem kreisförmigen Endbereich 10b des Einlassventils 10 bildet als die entsprechenden Winkel, welche durch die Luft gebildet sind, die anders als längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o herkommt. Im Falle der Einlassöffnung 7 gestattet jedoch die gekrümmte Umkehrwandfläche 7oc, die vor dem Einlass 6 vorgesehen ist, der längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o herkommenden Luft, ihre Strömungsrichtung zwanglos und gleichmäßig nach außen unmittelbar vor Eintritt in die Brennkammer 5 durch den Einlass 6 zu ändern.
Als Ergebnis kann die längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o herkommende Luft einer Strömungsbahn folgen, wie sie in
4 durch Pfeile mit gestrichelten Linien dargestellt ist, um eine Luftströmung längs der gekrümmten Fläche des kreisförmigen Endbereiches 10b des Einlassventils 10 zu bilden. Auf diese Weise ist der Widerstand auf die bzw. gegenüber der in die Brennkammer 5 eintretende(n) Luft derart verringert, dass der Einlasswirkungsgrad weiter verbessert werden kann.
Änderungen im Durchgangsquerschnittsbereich einer Einlassöffnung gemäß einer weiteren Ausführungsform, deren Durchgangsquerschnitt generell größer ist als jener der Einlassöffnung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, sind in dem Diagramm gemäß 5 durch eine Strichpunktlinie veranschaulicht.
Der Durchgangsquerschnitt der Einlassöffnung der weiteren Ausführungsform ist generell größer als jener der Einlassöffnung 7. während die Einlassöffnung 7 den größten Querschnitt an einer Stelle nahe der 30%-Durchgangsstelle P₃₀ aufweist, weist die Einlassöffnung der weiteren Ausführungsform den größten Querschnittsbereich an einer Stelle nahe der 20%-Durchgangsstelle P₂₀ auf.
Im Hinblick auf das Verhältnis des Durchgangsquerschnittsbereichs an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ des Öffnungsbereichs des Einlasses ist der Durchgangsquerschnittsbereich an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ der Einlassöffnung bei der weiteren Ausführungsform jedoch so klein wie das 0,78-fache des Öffnungsbereichs des Einlasses 6.
Wenn, wie oben beschrieben, der Durchgangsquerschnittsbereich an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ so klein wie das 0,8-fache oder weniger des Öffnungsbereichs des Einlasses ist, dann ist der Luft ermöglicht, sich unmittelbar vor Eintreten in die Brennkammer schnell nach außen zu verteilen und sich anschließend gleichmäßig längs des kreisförmigen Endbereiches des Einlassventiles fortzubewegen. Auf diese Weise ist der Widerstand auf die bzw. gegenüber der in die Brennkammer ein tretende(n) Luft verringert, so dass der Einlasswirkungsgrad verbessert werden kann.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf die Querschnittsform des Durchgangs der Einlassöffnung 7 das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser geprüft. Wenn ein kreisförmiger Durchgangsquerschnitt teilweise abgeflacht ist, stellt das Verhältnis den Flachheitsgrad dar.
Wenn die Längsrichtung eines beliebigen Durchgangsquerschnitts der Einlassöffnung 7 als diejenige Richtung festgelegt ist, in der die Schnittlinie zwischen einer Ebene, die sowohl die Mitte des beliebigen Durchgangsquerschnitts als auch eine Axiallinie As des Ventilschaftes 10a umfasst, und dem beliebigen Durchgangsquerschnitt verläuft, und wenn die Querrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts als diejenige Richtung festgelegt ist, die rechtwinklig zu der Längsrichtung verläuft, dann ist das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser gegeben durch V/H, wobei V die größte Breite in der Längsrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts und H die größte Breite in der Querrichtung des beliebigen Durchgangsquerschnitts bedeuten.
In 3, in der Durchgangsquerschnitte veranschaulicht sind, stellen die von oben nach unten verlaufende Richtung und die Querrichtung die Längsrichtung bzw. die Querrichtung der Durchgangsquerschnitte dar.
Unter Heranziehung eines Durchgangsquerschnitts beispielsweise an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ ist die größte Breite in der Längsrichtung der Längsdurchmesser V, und die größte Breite in der Querrichtung ist der Querdurchmesser H, wie dies im Teil (4) von 3 veranschaulicht ist.
Das Verhältnis V/H des Längsdurchmessers V zum Querdurchmesser H stellt das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser des Durchgangsquerschnitts an der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ dar.
Änderungen im Verhältnis V/H des Längsdurchmessers zum Querdurchmesser längs des Stromabwärtsbereiches 7L der Einlassöffnung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in dem Diagramm gemäß 6 durch eine voll ausgezogene Linie veranschaulicht.
In dem Diagramm gemäß 6 entspricht eine Höhe, die ein Verhältnis V/H des Längs- zum Querdurchmesser von 1,0 darstellt, perfekt kreisförmigen Durchgangsquerschnitten. In dem Diagramm entspricht der Bereich oberhalb der Linie der "V/H=1"-Höhe Durchgangsquerschnitten, bei denen ein Längsdurchmesser größer ist als ein Querdurchmesser, das heißt Durchgangsquerschnitten, die in der Querrichtung vermindert sind; der Bereich unterhalb der Linie der "V/H-=1"-Höhe entspricht Durchgangsquerschnitten mit einem Längsdurchmesser, der kleiner ist als ein Querdurchmesser, das heißt Durchgangsquerschnitten, die in der Längsrichtung vermindert sind. In dem Diagramm entspricht ein Bereich, der von der Linie der "V/H=1"-Höhe weiter abgesetzt ist, Durchgangsquerschnitten mit einem stärkeren Flachheitsgrad.
In 6 stellt die horizontale Achse den Abstand bzw. die Distanz dar, die von dem Einlass 6 in der Stromaufwärtsrichtung gemessen ist. Die Ventilführung 11 befindet sich etwa 30 mm von dem Einlass 6 aus.
In 6 befindet sich die durch eine voll ausgezogene Linie dargestellte Kurve, welche die Einlassöffnung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt, in dem Bereich unterhalb der Linie der "V/H=1"-Höhe, was angibt, dass der Querschnitt der Einlassöffnung 7 so geformt ist, das er bei zunächst perfekter Kreisform in Längsrichtung vermindert wurde. Das Verhältnis V/H von Längs- zu Querdurchmesser des Querschnitts der Einlassöffnung 7 ist in einem Bereich von 3 mm bis 25 mm vom Einlass 6 kleiner als 0,9.
In 6 stellt die Kurve in gestrichelter Linie eine konventionelle Einlassöffnung dar.
Das Verhältnis V/H von Längs- zu Querdurchmesser des Stromabwärtsbereiches der konventionellen Einlassöffnung verbleibt in einem engen Bereich, der leicht über oder unter die Linie der "V/H = 1"-Höhe verläuft, was angibt, dass der Querschnitt des stromabwärts liegenden Bereiches der konventionellen Einlassöffnung etwa perfekt kreisförmig bleibt.
Im Vergleich zum Fall der konventionellen Einlassöffnung weist der Querschnitt der Einlassöffnung 7 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem stromabwärts liegenden Abschnitt der Ventilführung 11 eine elliptische Form auf, deren Längsdurchmesser verhältnismäßig signifikant kleiner ist als der Querdurchmesser, wobei das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser 0,9 oder kleiner ist.
Daher tritt die in die Einlassöffnung 7 strömende Luft nach Bewegung in die Brennkammer 5 ein, während sie sich in der Längsrichtung verteilt, und zwar von einer Stelle, an der der Querschnitt eine elliptische Form aufweist, deren Längsdurchmesser kleiner ist als der Querdurchmesser bei einem Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser von 0,9 oder kleiner, zum Einlass 6 hin, der einen perfekt kreisförmigen Querschnitt aufweist. Von der in die Brennkammer 5 einströmenden Luft kann die Luft, die sich längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o bewegt und die in die Brennkammer 5 strömt und einen Winkel von mehr als einem rechten Winkel zu dem kreisförmigen Endbereich des Einlassventils bildet als die entsprechenden Winkel, welche durch die Luft gebildet werden, die sich anders als längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o bewegt, in eine nach außen sich verteilende Luftströmung transformiert werden. Somit kann sich die Luft, die sich längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o bewegt, unmittelbar nach Eintreten in die Brennkammer 5 durch den Einlass 6 gleichmäßig, wie in 4 durch Pfeile mit gestrichelten Linien ver anschaulicht, unter Verteilung entsprechend dem Fuß eines Berges längs der gekrümmten Fläche des kreisförmigen Endbereiches 10b des Einlassventils 10 fortbewegen. Auf diese Weise ist der widerstand auf die bzw. gegenüber der in die Brennkammer 5 eintretende(n) Luft derart verringert, dass der Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer 5 verbessert werden kann.
Wie zuvor beschrieben, weist der stromabwärts liegende Bereich 7L der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o der Einlassöffnung 7 den Ablenkungspunkt Q in der Näher der 10%-Durchgangsstelle P₁₀ auf, und die gekrümmte Umkehr-Wandfläche 7oc ist in Stromabwärtsrichtung des Ablenkungspunkts Q vorgesehen (siehe 2). Wenn die längs der äußeren gekrümmten Wandfläche 7o eintreffende Luft vor dem Einlass 6 ankommt, wird sie daher zwanglos und gleichmäßig in eine nach außen sich verteilende Luftströmung transformiert, bevor sie in die Brennkammer 5 eintritt. Infolgedessen kann die Luft nach Eintreten in die Brennkammer 5 eine Einlassluftströmung längs der gekrümmten Fläche des kreisförmigen Endbereiches 10b des Einlassventiles 10 bilden. Auf diese Weise ist der Widerstand auf die bzw. gegenüber der in die Brennkammer 5 eintretende(n) Luft vermindert, und der Einlasswirkungsgrad kann weiter verbessert bzw. gesteigert werden.
In 6 stellt die durch eine Strichpunktlinie dargestellte Kurve die Einlassöffnung einer weiteren Ausführungsform dar.
In dem stromabwärts liegenden Bereich 7L der Einlassöffnung gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Durchgangsquerschnitt in einem Bereich sehr nahe des Einlasses perfekt kreisförmig (das Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser beträgt V/H = 1). Das Verhältnis V/H von Längs- zu Querdurchmesser des Durchgangsquerschnitts sinkt mit zunehmendem Abstand vom Einlass aus rasch ab, und zwar unter zunehmender Verringerung des Längsdurchmessers des Durchgangsquerschnitts. Das Verhältnis V/H von Längs- zu Querdurchmesser ist an einer Stelle 18 mm vom Einlass aus mit 0,68 das kleinste, das heißt, dass der Längsdurchmesser des Durchgangsquerschnitts an der Stelle am stärksten verringert ist.
Die obige Anordnung ermöglicht der längs der äußeren gekrümmten Wandfläche herkommenden Luftströmung, merklicher in eine nach außen sich verteilende Luftströmung transformiert zu werden. Als Ergebnis kann sich die Luft unmittelbar nach Eintreten in die Brennkammer durch den Einlass unter Verteilung entsprechend dem Fuß eines Berges gleichmäßig längs der gekrümmten Fläche des kreisförmigen Endbereiches des Einlassventils fortbewegen. Auf diese weise ist der Widerstand auf die bzw. gegenüber der in die Brennkammer eintretende(n) Luft derart verringert, dass der Wirkungsgrad des Lufteinlasses in die Brennkammer verbessert werden kann.
Beschreibung von Bezugszeichen

1: Brennkraftmaschine
2: Kolben
3: Zylinderblock
4: Zylinderkopf
5: Brennkammer
6: Einlass
7: Einlassöffnung
8: Auslass
9: Auslass- bzw. Abgasöffnung
10: Einlassventil
11: Ventilführung
12: Auslass- bzw. Abgabeventil
13: Ventilführung

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil, welches eine Öffnung einer Brennkammer öffnet und schließt und welches einen Ventilschaft aufweist, der von einer Ventilführung frei gleitbar getragen ist, die an einer Zwischenstelle an einer äußeren gekrümmten Wand einer Einlassöffnung befestigt ist, welche von einem in einer Seite eines Zylinderkopfs offenen Loch zu der Öffnung der Brennkammer gekrümmt hinführt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einlassöffnungsanordnung ein Durchgangsquerschnittsbereich eines stromabwärts liegenden Bereiches der Einlassöffnung (7) mit zunehmendem Abstand in der Stromaufwärtsrichtung von der Öffnung (6) der Brennkammer (5) vermindert ist und dass der Durchgangsquerschnittsbereich an einer Stelle P₁₀, die in Stromaufwärtsrichtung in einem Abstand, der gleich etwa 10% einer Gesamtlänge der Einlassöffnung (7) von der Öffnung (6) der Brennkammer (5) beträgt, liegt, das 0,8-fache eines Öffnungsbereichs der Brennkammer (5) beträgt oder kleiner ist.
Brennkraftmaschine mit einem Einlassventil, welches eine Öffnung einer Brennkammer öffnet und schließt und welches einen Ventilschaft aufweist, der von einer Ventilführung frei gleitbar getragen ist, die an einer Zwischenstelle an einer äußeren gekrümmten Wand einer Einlassöffnung befestigt ist, welche von einem in einer Seite eines Zylinderkopfs offenen Loch zu der Öffnung der Brennkammer gekrümmt hinführt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Einlassöffnungsanordnung, ein stromabwärts der Ventilführung (13) der Einlassöffnung (7) vorgesehener Bereich einen Durchgangsquerschnitt aufweist, dessen Form sich kontinuierlich ändert, und dass der betreffende Bereich eine Stelle aufweist, an der ein Verhältnis von Längs- zu Querdurchmesser des Durchgangsquerschnitts 0,9 beträgt oder kleiner ist.
Einlassöffnungsanordnung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärts der Ventilführung (13) der Einlassöffnung (7) liegende Bereich (7L) eine äußere gekrümmte Wandfläche (7o) aufweist, die mittels eines Ablenkungspunktes (Q) in eine gekrümmte Umkehr-Wandfläche (7oc) transformiert ist, welche unter nach außen erfolgender Verteilung zur Öffnung (6) der Brennkammer (5) führt.