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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 694 15 356 T2 ist bereits eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, die einen Zylinderkopf umfasst, welcher zumindest einen Einlasskanal aufweist, der dazu vorgesehen ist, einem Brennraum Luft zu einer Verbrennung zu zuführen und einen drehbar gelagerten Stellzylinder aufweist, der zu einer Umlenkung einer Luftströmung in dem Einlasskanal einen axialen Abschnitt aufweist, der quer in den Einlasskanal teilweise eingreift.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Brennkraftmaschine mit einer beeinflussbaren Ladungsbewegung im Brennraum bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die einen Zylinderkopf umfasst, welcher zumindest einen Einlasskanal aufweist, der dazu vorgesehen ist, einem Brennraum Luft zu einer Verbrennung zu zuführen, und einen drehbar gelagerten Stellzylinder aufweist, der zu einer Umlenkung einer Luftströmung in dem Einlasskanal einen axialen Abschnitt aufweist, der quer in den Einlasskanal zumindest teilweise eingreift.
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Es wird vorgeschlagen, dass der axiale Abschnitt unabhängig von seiner Ausrichtung gänzlich innerhalb des Einlasskanals angeordnet ist. Dadurch kann der Stellzylinder einfach in bestehende Zylinderkopfkonzepte ohne wesentliche Anpassungen, insbesondere des Einlasskanals, integriert werden, wodurch ein Herstell- und/oder Bearbeitungsaufwand reduziert werden kann. Es kann weiter ein einfach herstellbarer Stellzylinder zur Beeinflussung einer Ladungsbewegung im Brennraum und eine einfach herstellbare Lagerung des Stellzylinders verwendet werden, wodurch eine Funktionssicherheit erhöht werden kann. Dadurch können Herstellkosten und/oder Materialkosten reduziert werden, wodurch eine kostengünstige Brennkraftmaschine mit beeinflussbarer Ladungsbewegung im Brennraum bereitgestellt werden kann. Weiter kann eine Beeinflussung eines Wassermantels der Brennkraftmaschine zumindest reduziert werden, wodurch die Integration weiter vereinfacht werden kann. Außerdem kann der Stellzylinder ventilnah angeordnet und dadurch ein Wirkungsgrad erhöht werden. Vorzugsweise weist der axiale Abschnitt des Stellzylinders, der in den Einlasskanal zumindest eingreift, zumindest eine aerodynamisch wirksame Fläche auf. Unter einer „aerodynamisch wirksamen Fläche” soll insbesondere eine Fläche verstanden werden, die abhängig von der Ausrichtung des Stellzylinders die Luftströmung unterschiedlich beeinflusst. Vorteilhaft weist der Stellzylinder zumindest zwei unterschiedliche Ausrichtungen auf, in denen die aerodynamisch wirksame Fläche die Luftströmung unterschiedlich umlenkt. Unter „gänzlich innerhalb des Einlasskanals angeordnet” soll insbesondere verstanden werden, dass der axiale Abschnitt zumindest einen Oberflächenbereich aufweist, der entlang seines ganzen Umfangs beabstandet zu einer Kanalwandung, vorzugsweise einem Kanaldach und einem Kanalboden, des Einlasskanals angeordnet ist. Unter „beabstandet” soll insbesondere ein Abstand verstanden werden, der von einer unter allen Bedingungen nahezu spielfreien Berührung bis zu einem Abstand von mehreren mm reicht. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet, ausgestaltet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Stellzylinder bezüglich einer, zu einer Hauptströmungsrichtung der Luftströmung senkrecht orientierten Richtung zumindest im Wesentlichen mittig innerhalb des Einlasskanals angeordnet ist. Dadurch kann die Luftströmung besonders effektiv und zuverlässig umgelenkt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der axiale Abschnitt des Stellzylinders beidseitig abgeflacht ist, wodurch zumindest eine aerodynamisch wirksame Fläche des Stellzylinders besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Außerdem wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Dadurch kann ein Kraftfahrzeug mit einem geringen Kraftstoffverbrauch bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmälligerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 einen perspektivisch dargestellten Schnitt durch einen Zylinderkopf, der längs durch einen Einlasskanal und quer durch einen durch den Einlasskanal durchgreifenden Stellzylinder verläuft,
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2 den Schnitt aus einer anderen Perspektive und
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3 einen Schnitt quer durch den Einlasskanal und längs des Stellzylinders.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Teil einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, die zu einer Verbrennung eines Kraftstoff-Gemisches mehrere nicht dargestellte Brennräume aufweist. Um die Brennräume mit Luft zu versorgen, weist die Brennkraftmaschine mehrere Einlassventile auf, die jeweils einem Brennraum zugeordnet sind. In den 1 und 2 ist dabei lediglich ein Einlassventil 17 sichtbar. Die Brennkraftmaschine ist ein Teil des Kraftfahrzeugs und zu einem Antrieb antriebstechnisch mit nicht dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Kraftfahrzeug ist als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Alternativ kann das Kraftfahrzeug auch als ein Nutzkraftfahrzeug ausgebildet sein.
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Um die Brennräume nach oben hin abzuschließen, weist die Brennkraftmaschine einen Zylinderkopf 10 auf. In den Zylinderkopf 10 sind die Einlassventile eingebracht und steuern die Luftversorgung der Brennräume. Um den Brennräumen Luft zur Verbrennung zu zuführen, weist der Zylinderkopf 10 mehrere Einlasskanäle auf, die jeweils einem Brennraum zugeordnet sind und von jeweils einem Einlassventil zum Brennraum hin geöffnet und geschlossen werden. In den 1 bis 3 ist lediglich ein Einlasskanal 11 sichtbar, der durch das Einlassventil 17 geöffnet und geschlossen wird.
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Zu einer Beeinflussung einer Ladungsbewegung in den Brennräumen, weist der Zylinderkopf 10 einen drehbar gelagerten Stellzylinder 12 auf, der zu einer Turbulenzerzeugung in den Einlasskanälen vorgesehen ist. Der Stellzylinder 12 durchdringt alle Einlasskanäle der Brennkraftmaschine. Zu einer Beeinflussung einer Luftströmung in den Einlasskanälen weist der Stellzylinder 12 mehrere axiale Abschnitte auf, die jeweils den entsprechenden Einlasskanal durchqueren. Die axialen Abschnitte sind jeweils dazu vorgesehen, in dem jeweiligen Einlasskanal eine sogenannte Tumble-Strömung zu erzeugen. Um die Luftströmung in den Einlasskanälen umzulenken oder eine Umlenkung der Luftströmung zu ändern, ist eine Ausrichtung 14 des Stellzylinders 12 aktiv veränderbar, beispielsweise mittels eines elektrischen Stellmotors, der je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine den Stellzylinder 12 um die Drehachse 18 verdreht. Dazu weist der Stellzylinder 12 eine Drehachse 18 auf, die mit einer Längsachse des Stellzylinders 12 zusammenfällt. In den 1 bis 3 ist lediglich der axiale Abschnitt 13, welcher den Einlasskanal 11 durchdringt, sichtbar.
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Eine Anzahl an axialen Abschnitten entspricht dabei einer Anzahl an Einlasskanälen. Weist der Zylinderkopf 10 beispielsweise drei Einlasskanäle auf, so umfasst der Stellzylinder 12 ebenfalls drei axiale Abschnitte, die entlang der Längsachse des Stellzylinders 12 nebeneinander und jeweils in einem Einlasskanal angeordnet sind. Zwischen den axialen Abschnitten weist der Stellzylinder 12 jeweils axiale Lagerabschnitte 19 auf, die zur Lagerung vorgesehen sind und von einem Material des Zylinderkopfes 10 umgeben sind.
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Die axialen Abschnitte und die Einlasskanäle sind analog zueinander ausgebildet. Weiter ist die Anordnung der Abschnitte in den Einlasskanälen analog, weswegen lediglich der den Einlasskanal 11 durchquerende Abschnitt 13 des Stellzylinders 12 näher beschrieben wird.
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In den 1 und 2 ist ein Schnitt durch den Stellzylinder 12 senkrecht zur Drehachse 18 dargestellt. Der in den 1 und 2 dargestellte Schnitt verläuft entlang einer Schnittlinie AA gemäß 3. Der in den 1 und 2 dargestellte Schnitt verläuft dabei senkrecht durch den axialen Abschnitt 13 des Stellzylinders 12 und parallel zu einer Längsachse des Einlasskanals 11 und damit parallel zu einer Hauptströmungsrichtung 15 der Luftströmung in dem Einlasskanal 11 durch den Einlasskanal 11. In der 3 ist ein Schnitt durch den Einlasskanal 11 parallel zur Drehachse 18 dargestellt. Der in der 3 dargestellte Schnitt verläuft entlang einer Schnittlinie BB gemäß 2. Der in der 3 dargestellte Schnitt verläuft dabei senkrecht zur Längsachse des Einlasskanals 11 und damit senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15 durch den Einlasskanal 11 und parallel zur Drehachse 18 des Stellzylinders 12. Der in der 3 dargestellte Schnitt verläuft bezüglich der Hauptströmungsrichtung 15 unmittelbar vor dem Stellzylinder 12. Dabei soll unter „unmittelbar” in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass der Schnitt maximal 3 cm, vorteilhaft maximal 1,5 cm und besonders vorteilhaft maximal 0,5 cm vor dem Stellzylinder 12 durch den Einlasskanal 11 verläuft.
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Zur Umlenkung der Luftströmung in dem Einlasskanal 11 durchgreift der axiale Abschnitt 13 des Stellzylinders 12 den Einlasskanal 11 zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15, die sich beim Einsaugen der Luft in dem Einlasskanal 11 einstellt. Der axiale Abschnitt 13 ist dabei unabhängig von seiner Ausrichtung 14 und damit stets gänzlich innerhalb des Einlasskanals 11 angeordnet.
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Der Stellzylinder 12 ist in dem in den 1 und 2 dargestellten Schnitt, der senkrecht zur Drehachse 18 und parallel zur Hauptströmungsrichtung 15 durch den axialen Abschnitt 13 verläuft, bezüglich einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15 orientierten Richtung 16 unabhängig von seiner Ausrichtung 14 beabstandet zu einer Kanalwandung des Einlasskanals 11 angeordnet. Weiter ist der Stellzylinder 12 in dem in der 3 dargestellten Schnitt, der parallel zur Drehachse 18 und senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15 und bezüglich der Hauptströmungsrichtung 15 unmittelbar vor dem Stellzylinder 12 durch den Einlasskanal 11 verläuft, entlang der senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15 orientierten Richtung 16 unabhängig von seiner Ausrichtung 14 beabstandet zur Kanalwandung des Einlasskanals 11 angeordnet. Der axiale Abschnitt 13 ist um seinen ganzen Umfang herum unabhängig von seiner Ausrichtung 14 beabstandet zur Kanalwandung angeordnet. Er ist unabhängig von seiner Ausrichtung 14 um seinen ganzen Umfang herum beabstandet zu einem Kanalboden des Einlasskanals 11 und einem Kanaldach des Einlasskanals 11 angeordnet. Die senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 15 orientierte Richtung 16 ist außerdem senkrecht zur Drehachse 18 des Stellzylinders 12 orientiert.
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In dem in der 3 dargestellten Schnitt, der unmittelbar vor dem Stellzylinder 12 parallel zur Drehachse 18 und senkrecht zur Längsachse des Einlasskanals 11 durch den Einlasskanal 11 verläuft, fehlt dem Zylinderkopf 10 ein Material und Element, das den axialen Abschnitt 13, unabhängig davon wie dieser ausgerichtet ist, verdeckt. Der axiale Abschnitt 13 ist unabhängig seiner Ausrichtung 14 gänzlich innerhalb der Luftströmung angeordnet. Der axiale Abschnitt 13 verläuft unabhängig von seiner Ausrichtung 14 beabstandet zum Kanalboden und zum Kanaldach des Einlasskanals 11 durch den Einlasskanal 11. Dem Einlasskanal 11 fehlt somit eine Lagermulde in dem Kanalboden und in dem Kanaldach, in der sich der Abschnitt 13 wälzt.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Stellzylinder 12 bezüglich der zur Hauptströmungsrichtung 15 der Luftströmung senkrecht orientierten Richtung 16 mittig innerhalb des Einlasskanals 11 angeordnet. Der axiale Abschnitt 13 verläuft mittig durch den Einlasskanal 11. Er schneidet somit die durch einen Mittelpunkt des Einlasskanals 11 verlaufende Längsachse des Einlasskanals 11. Grundsätzlich kann der Stellzylinder 12 bezüglich des Kanaldachs näher zum Kanalboden oder bezüglich des Kanalbodens näher zum Kanaldach angeordnet sein.
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Zur Bereitstellung einer aerodynamisch wirksamen Fläche, die abhängig von der Ausrichtung 14 des Stellzylinders 12 die Luftströmung in dem Einlasskanal 11 unterschiedlich umlenkt, ist der axiale Abschnitt 13 des Stellzylinders 12 beidseitig abgeflacht. Der axiale Abschnitt 13 ist als eine Verjungung ausgebildet. Dadurch weist der axiale Abschnitt 13 zur Umlenkung der Luftströmung zwei symmetrische Stirnflächen auf, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Die Stirnflächen bilden die aerodynamische Fläche des Stellzylinders 12 aus, durch die die Luftströmung zur Beeinflussung der Ladungsbewegung in Richtung Kanalboden oder in Richtung Kanaldach umgelenkt werden kann. Die Stirnflächen sind flach ausgebildet. Sie sind jeweils rechteckig ausgeführt. Eine Breite, und damit eine zur Längsachse senkrecht orientierte Erstreckung der Stirnflächen, entspricht einem Durchmesser des Stellzylinders 12. Der Durchmesser des Stellzylinders 12 ist kleiner als ein Kanaldurchmesser des Einlasskanals 11. Der Durchmesser des Stellzylinders 12 ist dabei so gewählt, dass der axiale Abschnitt 13 unabhängig von der Ausrichtung 14 einen Abstand zu der oben liegenden Kanalwandung des Einlasskanals 11 und der unten liegenden Kanalwandung des Einlasskanals 11 aufweist. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der axiale Abschnitt 13 nur einseitig abgeflacht ist.
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Zur Lagerung des Stellzylinders 12 weist der Zylinderkopf 10 eine Lagerbohrung 20 auf, die sich quer von einem Einlasskanal zum anderen Einlasskanal durch das Material des Zylinderkopfes 10 erstreckt. Die Lagerbohrung 20 weist eine Kanalöffnung in dem Einlasskanal 11 auf, die zumindest in dem in der 2 dargestellten Schnitt bezüglich der Richtung 16 beabstandet zu der Kanalwandung des Einlasskanals 11 angeordnet ist. Der Lagerabschnitt 19 des Stellzylinders 12 ist in der Lagerbohrung 20 angeordnet. Der axiale Abschnitt 13 ist axial zwischen zwei Lagerabschnitte 19 angeordnet. Der axiale Abschnitt 13 ist lediglich durch die Lagerabschnitte 19 gelagert und hängt somit frei in dem Einlasskanal 11. Der axiale Abschnitt 13 kontaktiert nicht das Material des Zylinderkopfes 10. Er stützt sich lediglich durch die Lagerabschnitte 19 an dem Zylinderkopf 10 ab. Die Lagerabschnitte 19 sind durch den axialen Abschnitt 13, der die aerodynamisch aktive Fläche ausbildet, beabstandet zueinander angeordnet. Die Lagerbohrung 20 ist als eine Tieflochbohrung ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 11
- Einlasskanal
- 12
- Stellzylinder
- 13
- Abschnitt
- 14
- Ausrichtung
- 15
- Hauptströmungsrichtung
- 16
- Richtung
- 17
- Einlassventil
- 18
- Drehachse
- 19
- Lagerabschnitt
- 20
- Lagerbohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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