DE102015009008A1

DE102015009008A1 - Gaszuführeinrichtung für einen Verbrennungsmotor und Verbrennungsmotor mit einer solchen Gaszuführeinrichtung

Info

Publication number: DE102015009008A1
Application number: DE102015009008.9A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Landsmann; Benedikt Fuchs; Stephan-Johannes Schnorpfeil
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-11
Filing date: 2015-07-11
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Gaszuführeinrichtung (2) für einen Verbrennungsmotor aufweisend einen Zufuhrkanal (6) zum Zuführen von Gas in einen Brennraum (8) und ein Ventil (20) zum Öffnen und Schließen des Zufuhrkanals (6) gegenüber dem Brennraum (8), das einen in dem Zufuhrkanal (6) angeordneten Ventilschaft (22) aufweist, wobei in Strömungsrichtung (10) vor dem Ventilschaft (22) ein Gasleitelement (34) zum Leiten das Gases um den Ventilschaft (22) angeordnet ist. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Gaszuführeinrichtung (2).

Description

Technisches Gebiet
Das technische Gebiet betrifft Gaszuführeinrichtungen für einen Verbrennungsmotor, die einen Zufuhrkanal zum Zuführen von Gas in einen Brennraum und ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Zufuhrkanals gegenüber dem Brennraum aufweisen. Darüber hinaus betrifft das technische Gebiet Verbrennungsmotoren mit derartigen Gaszuführeinrichtungen.
Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind Gaszuführeinrichtungen für Verbrennungsmotoren bekannt. Diese weisen einen Zufuhrkanal zum Zuführen von Gas, beispielsweise ein Luft-Kraftstoff-Gemisch oder ein Brenngas, in einen Brennraum und ein Ventil zum öffnen und Schließen des Zufuhrkanals gegenüber dem Brennraum auf. Das Ventil weist dabei einen zumindest teilweise in dem Zufuhrkanal angeordneten Ventilschaft und einen Ventilteller zum Öffnen und Schließen einer dem Brennraum zugeordneten Zuführöffnung des Zufuhrkanals auf. Auch werden die bekannten Gaszuführeinrichtungen dahingehend unterschieden, wie das in den Brennraum eintretende Gas strömt. So ist einerseits eine Strömung in Form eines „Swirls”, bei der das Gas im Wesentlichen um die Längsachse des zylindrischen Brennraums strömt, und andererseits eine Strömung in Form eines „Tumbles” bekannt, bei welchem das Gas innerhalb des Brennraums im Wesentlichen walzenartig um eine sich quer zur Längsachse des Zylinders erstreckende Achse strömt. Eine Swirl-Strömung wird zumeist bei oder durch Zylinder mit zwei Ventilen realisiert, während eine Tumble-Strömung in der Regel bei oder durch Zylinder mit vier Ventilen realisiert ist.
Bei den bekannten Gaszuführeinrichtungen hat sich gezeigt, dass lediglich eine unzureichende Tumble-Strömung bei relativ geringem Gasmassenstrom erzielbar ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gaszuführeinrichtung zu schaffen, die eine sichere Tumble-Strömung des in den Brennraum eintretenden Gases bei einem hohen Gasmassenstrom und auch einen hohen Füllungsgrad gewährleistet. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor mit einer derart vorteilhaften Gaszuführeinrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 15 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Gaszuführeinrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Gaszuführeinrichtung weist einen Zufuhrkanal zum Zuführen von Gas in einen Brennraum auf. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um Luft, ein Brenngas oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch handeln. Darüber hinaus weist die Gaszuführeinrichtung ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Zufuhrkanals gegenüber dem Brennraum auf. Das Ventil weist unter anderem einen Ventilschaft auf, der zumindest teilweise in dem Zufuhrkanal angeordnet ist. In Strömungsrichtung vor dem Ventilschaft ist ein Gasleitelement zum Leiten des Gases um den Ventilschaft angeordnet, mithin zum zumindest teilweisen Vorbeiführen des Gases an dem Ventilschaft. Das Gasleitelement kann beispielsweise einstückig mit einem den Zufuhrkanal aufnehmenden Rohr ausgebildet sein, es ist jedoch ebenso möglich, das Gasleitelement separat von einem solchen Rohr auszubilden, um dieses später fest an dem Rohr anzubringen. Es ist darüber hinaus möglich, das Gasleitelement ein- oder mehrstückig auszubilden. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Gasleitelement zum Leiten des Gases um den Ventilschaft geeignet ist, eine sichere Tumble-Strömung innerhalb des Brennraums bei einem relativ hohen Gasmassenstrom zu erzielen. Auch hat sich herausgestellt, dass durch die Gaszuführeinrichtung mit dem Gasleitelement der Füllungsgrad verbessert ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist das Gasleitelement derart in Strömungsrichtung vor dem Ventilschaft angeordnet, dass dieses den Ventilschaft in Strömungsrichtung zumindest teilweise verdeckt. Man kann hier hinsichtlich der Strömungsrichtung auch von einer fluchtenden Anordnung des Gasleitelements mit dem Ventilschaft sprechen. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch die Tumble-Strömung weiter verbessert und der Gasmassenstrom weiter erhöht werden kann.
Um die vorangehend genannten Vorteile noch zu verstärken, ist das Gasleitelement in einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung derart in Strömungsrichtung vor dem Ventilschaft angeordnet, dass das Gasleitelement den Ventilschaft bezogen auf die Breitenrichtung des Ventilschaftes oder bezogen auf die Längenrichtung des Ventilschaftes in Strömungsrichtung vollständig verdeckt. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn das Gasleitelement den Ventilschaft bezogen auf dessen Breitenrichtung und dessen Längenrichtung in Strömungsrichtung vollständig verdeckt, um die Tumble-Strömung zu verbessern und den Gasmassenstrom zu erhöhen.
Um die vorstehend genannten Vorteile noch zu verstärken, erstreckt sich das Gasleitelement in einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung unter Erzeugung zweier voneinander getrennter Teilkanäle durchgehend von einem Wandungsabschnitt des Zufuhrkanals zu einem gegenüberliegenden Wandungsabschnitt des Zufuhrkanals. Wie bereits vorangehend angedeutet, kann das Gasleitelement hierbei sowohl einstückig mit zumindest einem der Wandungsabschnitte oder beiden Wandungsabschnitten oder separat von den Wandungsabschnitten ausgebildet sein, um im letztgenannten Fall an den Wandungsabschnitten befestigt zu werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung weist der Zufuhrkanal einen ersten Abschnitt in Strömungsrichtung vor dem Gasleitelement und einen darauf folgenden zweiten Abschnitt auf, in dem das Gasleitelement angeordnet ist. Der Zufuhrkanal weist dabei im zweiten Abschnitt einen größeren Querschnitt als im ersten Abschnitt auf. Dies hat den Vorteil, dass trotz der Anordnung des Gasleitelements in dem zweiten Abschnitt noch immer ein im Vergleich zum ersten Abschnitt relativ großer effektiver Strömungsquerschnitt in dem zweiten Abschnitt erzielt werden kann, so dass in dem Zufuhrkanal ein hoher Gasmassenstrom erzielt werden kann, ohne dass dieser durch den zweiten Abschnitt mit dem Gasleitelement verringert würde.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist der Querschnitt des Zufuhrkanals im zweiten Abschnitt derart gegenüber dem Querschnitt des Zufuhrkanals im ersten Abschnitt vergrößert, dass der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt im Wesentlichen die gleiche Größe wie der Strömungsquerschnitt im ersten Abschnitt aufweist, um die Vorteile der vorangehend beschriebenen Ausführungsform noch zu verstärken.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt aus der Summe der Strömungsquerschnitte der Teilkanäle gebildet. Hier wie auch vorangehend und nachstehend ist unter dem Begriff des Querschnitts vorzugsweise die jeweilige Querschnittsfläche zu verstehen.
Um innerhalb des Zufuhrkanals ein weitgehend unbehindertes Strömen des Gases sowie einen hohen Gasmassenstrom zu erzielen, ist das Gasleitelement in einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung entgegen der Strömungsrichtung verjüngt oder stetig verjüngt ausgebildet. Man kann in umgekehrter Richtung, also in Strömungsrichtung betrachtet, auch davon sprechen, dass sich das Gasleitelement in Strömungsrichtung verbreitert.
Um die unter Bezugnahme auf die vorangehende Ausführungsform beschriebenen Vorteile noch weiter zu verstärken, weist das Gasleitelement in einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung eine dem zuzuführenden Gas zugewandte Ecke oder Kante auf. Grundsätzlich könnte die Ecke oder Kante leicht abgerundet sein, es ist jedoch bevorzugt, wenn die Ecke oder Kante unstetig oder spitz ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung weist das Gasleitelement zwei einander abgewandte Gasführungsflächen auf, die zueinander schräggestellt sind und von denen zumindest eine zu der Strömungsrichtung schräggestellt ist, um ein sicheres und weniger abruptes Umleiten des Gases um den Ventilschaft zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist zumindest eine der Gasführungsflächen gewölbt ausgebildet oder in einer Ebene angeordnet. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest eine der Gasführungsflächen konkav oder konvex gewölbt ausgebildet ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung weist das Gasleitelement einen im Wesentlichen dreieckförmigen oder V-förmigen Querschnitt auf. Hierdurch ist einerseits ein im Hinblick auf die vorangehend genannten Vorteile besonders effektives Gasleitelement geschaffen. Andererseits ist hierdurch ein besonders einfacher Aufbau des Gasleitelements sichergestellt, der eine einfache Fertigung des Gasleitelements und somit auch der Gaszuführeinrichtung gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung weist der Querschnitt des Gasleitelements ein Tiefen-Breiten-Verhältnis von mindestens 3:1 auf, um ein möglichst behinderungs- und verwirbelungsfreies Leiten des Gases durch das Gasleitelement in Bereiche seitlich des Ventilschaftes zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist der Ventilschaft oder/und ein Ventilteller des Ventils, der vorzugsweise an dem Ventilschaft befestigt ist, oder/und eine dem Brennraum zugeordnete Zufuhröffnung des Zufuhrkanals gegenüber der Strömungsrichtung in dem Zufuhrkanal oder zumindest gegenüber der Strömungsrichtung in dem ersten oder/und zweiten Abschnitt des Zufuhrkanals schräggestellt.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung ist die Gaszuführeinrichtung derart ausgebildet, dass eine Tumble-Strömung innerhalb des Brennraums erzielt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Gaszuführeinrichtung sind zwei Ventile der vorangehend beschriebenen Art zum Öffnen und Schließen zweier Zufuhrkanäle gegenüber dem Brennraum vorgesehen, wobei dem Ventilschaft eines jeden Ventils jeweils mindestens ein Gasleitelement der vorangehend beschriebenen Art zugeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Hubkolbenmotor, mit einem Brennraum und einer Ausführungsform der vorangehend beschriebenen Gaszuführeinrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform des Verbrennungsmotors weist der Verbrennungsmotor mindestens einen Zylinder zur Aufnahme des Brennraums auf, wobei der Zylinder als Vier-Ventil-Zylinder mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen ausgebildet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine teilweise Seitenansicht einer Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung in einem Verbrennungsmotor in geschnittener Darstellung,
2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 1,
3 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie B-B aus 1,
4 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie C-C aus 1,
5 die Querschnittsansicht aus 2 mit dem Gasleitelement in einer zweiten Ausführungsvariante,
6 die Querschnittsansicht aus 2 mit dem Gasleitelement in einer dritten Ausführungsvariante,
7 die Querschnittsansicht aus 2 mit dem Gasleitelement in einer vierten Ausführungsvariante und
8 die Querschnittsansicht aus 2 mit dem Gasleitelement in einer fünften Ausführungsvariante.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Gaszuführeinrichtung 2 innerhalb eines Verbrennungsmotors. Die Gaszuführeinrichtung 2 weist ein Rohr 4 auf, in dem ein Zufuhrkanal 6 zum Zuführen von Gas, beispielsweise einem Brenngas oder einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, in einen Brennraum 8 zumindest teilweise ausgebildet ist. Innerhalb des Zufuhrkanals 6 strömt das Gas in Strömungsrichtung 10 zu dem Brennraum 8, wobei das Gas beispielsweise von einem Abgasturbolader bereitgestellt sein kann. Darüber hinaus ist in 1 die der Strömungsrichtung 10 entgegengesetzte Richtung mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. An seinem in Strömungsrichtung 10 gelegenen Ende ist das Rohr 4 an einem Zylinder 14 fest angebracht, der den im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Brennraum 8 aufnimmt, wobei die Mittelachse 16 des zylindrischen Brennraums 8 angedeutet ist. Der Zufuhrkanal 6 mündet über eine Zufuhröffnung 18 desselben in den Brennraum 8, wobei die Zufuhröffnung 18 in einer Ebene 19 angeordnet ist, die gegenüber der Strömungsrichtung 10 schräggestellt ist.
Die Gaszuführeinrichtung 2 weist ferner ein Ventil 20 auf. Von dem Ventil 20 ist in 1 ein Ventilschaft 22 gezeigt, der sich in den Längenrichtungen 24, 26 erstreckt. Der Ventilschaft 22 erstreckt sich in Längenrichtung 24 zu einer nicht näher dargestellten Betätigungseinrichtung für das Ventil 20. In Längenrichtung 26 erstreckt sich der Ventilschaft 22 hingegen durch die Wand des Rohres 4 und darüber hinaus bis zu einem Ventilteller 28 des Ventils 20. Mithin ist der Ventilschaft 22 zumindest teilweise in dem Zufuhrkanal 6 angeordnet. Der Ventilteller 28 ist an dem in Längenrichtung 26 weisenden Ende des Ventilschaftes 22 befestigt oder einstückig mit dem Ventilschaft 22 ausgebildet.
Das Ventil 20 dient dem Öffnen und Schließen des Zufuhrkanals 6 gegenüber dem Brennraum 8, mithin dem Freigeben und Schließen der Zufuhröffnung 18. Zu diesem Zweck ist im Bereich der Zufuhröffnung 18 ein umlaufender Ventilsitz 30 ausgebildet. Das Ventil 20 kann durch Verschieben des Ventilschaftes 22 in dessen Längenrichtung 26 in die in 1 gezeigte Öffnungsstellung überführt werden, während das Ventil 20 durch Verschieben des Ventilschaftes 22 in dessen Längenrichtung 24 in die nicht dargestellte Schließstellung überführt werden kann, in der der Ventilteller 28 die Zufuhröffnung 18 verdeckt und an dem Ventilsitz 30 anliegt. Der Ventilteller 28 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene 32. Der Ventilteller 28 oder die Ebene 32 ist gegenüber der Strömungsrichtung 10 schräggestellt. Ebenso ist der Ventilschaft 22 bzw. sind dessen Längenrichtungen 24, 26 gegenüber der Strömungsrichtung 10 schräggestellt.
In Strömungsrichtung 10 vor dem innerhalb des Zufuhrkanals 6 angeordneten Ventilschaftes 22 ist ein Gasleitelement 34 zum Leiten des Gases seitlich um den Ventilschaft 22 angeordnet. Dabei verdeckt das Gasleitelement 34 den Ventilschaft 22 in Strömungsrichtung 10 zumindest teilweise. In der dargestellten Ausführungsform verdeckt das Gasleitelement 34 den Ventilschaft 22 bezogen auf dessen Längenrichtungen 24, 26 vollständig, wie dies insbesondere der 3 entnommen werden kann, in der der hinter dem Gasleitelement 34 angeordnete Ventilschaft 22 gestrichelt angedeutet ist. Zu diesem Zweck erstreckt sich das Gasleitelement 34 unter Erzeugung zweier voneinander getrennter Teilkanäle 36, 38 durchgehend von einem Wandungsabschnitt 40 des Zufuhrkanals 6 zu einem gegenüberliegenden Wandungsabschnitt 42 des Zufuhrkanals 6, wie dies insbesondere der 4 entnommen werden kann. Darüber hinaus kann der 3 entnommen werden, dass das Gasleitelement 34 den Ventilschaft 22 auch bezogen auf dessen Breitenrichtung, also quer zu dessen Längenrichtung 24, 26 in Strömungsrichtung 10 vollständig verdeckt.
Der Zufuhrkanal 6 weist im Wesentlichen drei in Strömungsrichtung 10 aufeinanderfolgende Abschnitte auf, nämlich einen ersten Abschnitt 44 in Strömungsrichtung 10 vor dem Gasleitelement 34, einen darauf folgenden zweiten Abschnitt 46, in dem das Gasleitelement 34 angeordnet ist, und einen dritten Abschnitt 48, der zu der Zufuhröffnung 18 führt und im Wesentlichen der Aufnahme des Ventilschaftes 22 dient.
Durch die Anordnung des Gasleitelements 34 in dem zweiten Abschnitt 46 des Zufuhrkanals 6 könnte der effektive Strömungsquerschnitt des Zufuhrkanals 6 in diesem Bereich reduziert sein. Um dies jedoch zu verhindern und einen gleichmäßig hohen Gasmassenstrom sowohl innerhalb des ersten Abschnitts 44 als auch innerhalb des zweiten Abschnitts 46 des Zufuhrkanals 6 sicherzustellen, weist der Zufuhrkanal 6 im zweiten Abschnitt 46 einen größeren Querschnitt als im ersten Abschnitt 44 auf, wie dies insbesondere aus den Schnittdarstellungen der 3 und 4 hervorgeht. Dabei ist der Querschnitt des Zufuhrkanals 6 im zweiten Abschnitt 46 derart gegenüber dem Querschnitt des Zufuhrkanals 6 im ersten Abschnitt 44 vergrößert, dass der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt 46 im Wesentlichen die gleiche Größe wie der Strömungsquerschnitt im ersten Abschnitt 44 aufweist. Alternativ wäre es möglich, dass der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt 46 sogar größer als der Strömungsquerschnitt im ersten Abschnitt 44 ist, zumal sich ein Zufuhrkanal 6 ohnehin in der Regel in Richtung der Zufuhröffnung 18 aufweitet oder vergrößert. In der dargestellten Ausführungsform ist der zuvor erwähnte effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt 46 aus der Summe der Strömungsquerschnitte der zuvor erwähnten Teilkanäle 36 und 38 gebildet, die durch das Gasleitelement 34 voneinander getrennt sind.
Das Gasleitelement 34 ist entgegen der Strömungsrichtung 10, also in Richtung 12, verjüngt oder stetig verjüngt ausgebildet. In der ersten Ausführungsvariante des Gasleitelements 34 gemäß 2 ist dies dadurch bewirkt, dass das Gasleitelement 34 einen im Wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt aufweist. Alternativ könnte das Gasleitelement 34 jedoch auch einen im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Öffnung des V-förmigen Querschnitts in Strömungsrichtung 10 weisen würde und somit dem Ventilschaft 22 zugewandt wäre. Das Gasleitelement 34 weist eine dem zuzuführenden Gas zugewandte, mithin in Richtung 12 weisende, Ecke oder Kante 50 auf, an der zwei einander abgewandte Gasführungsflächen 52, 54 zusammengeführt sind. Wie in 2 anhand des Schrägstellungswinkels α angedeutet, sind die beiden Gasführungsflächen 52, 54 zueinander schräggestellt, wobei zumindest eine der Gasführungsflächen 52, 54 – hier beide Gasführungsflächen 52, 54 – auch zu der Strömungsrichtung 10 schräggestellt sind. Auch sind die beiden Gasführungsflächen 52, 54 jeweils in einer Ebene angeordnet, so dass diese keine Erhebungen oder Wölbungen aufweisen. An seinem der Ecke oder Kante 50 abgewandten und dem Ventilschaft 22 zugewandten Ende weist das Gasleitelement 34 seine maximale Breite b auf, wobei ein Abstand zwischen dem dem Ventilschaft 22 zugewandten Ende und dem in Richtung 12 weisenden Ende, hier der Ecke oder Kante 50, mit dem Bezugszeichen t angedeutet ist, das die Tiefe des Gasleitelements 34 in den Richtungen 10, 12 angibt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Querschnitt des Gasleitelements 34 ein Tiefen-Breiten-Verhältnis t:b von mindestens 3:1 aufweist.
Nachstehend werden weitere Merkmale der Gaszuführeinrichtung 2 innerhalb des Verbrennungsmotors sowie deren Funktionsweise unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Um dem Brennraum 8 ein Gas, also beispielsweise ein Brenngas oder Luft-Kraftstoff-Gemisch, zuführen zu können, wird das Ventil 20 von dessen Schließstellung in dessen Öffnungsstellung nach 1 überführt, indem der Ventilschaft 22 in Längenrichtung 26 verschoben wird, so dass der Ventilteller 28 die Zufuhröffnung 18 zumindest teilweise freigibt. Das zuzuführende Gas strömt in Strömungsrichtung 10 durch den ersten Abschnitt 44 in den zweiten Abschnitt 46, wobei der Gasstrom im zweiten Abschnitt 46 durch das Gasleitelement 34 aufgeteilt wird, um einerseits durch den Teilkanal 36 und andererseits durch den Teilkanal 38 zu strömen. Aufgrund der vorangehend beschriebenen Formgebung des Gasleitelements 34 wird das durch den Zufuhrkanal 6 in den dritten Abschnitt 48 des Zufuhrkanals 6 strömende Gas seitlich um den Ventilschaft 22 innerhalb des Zufuhrkanals 6, genauer gesagt innerhalb des dritten Abschnitts 48 des Zufuhrkanals 6, geleitet. Danach gelangt das Gas über die Zufuhröffnung 18 in den Brennraum 8, wobei die Gaszuführeinrichtung 2 derart ausgebildet ist, dass eine Tumble-Strömung 56 innerhalb des Brennraums 8 erzeugt wird, die zumindest teilweise anhand eines Pfeils angedeutet ist. Es hat sich gezeigt, dass dank des Gasleitelements 34 ein anhand eines Pfeils in 1 angedeuteter Gasrückstrom 58, der bei herkömmlichen Gaszuführeinrichtungen auftritt, wenn der Gasstrom direkt auf den Ventilschaft 22 trifft, weitgehend reduziert oder gar eliminiert werden kann, wobei der hierin als Gasrückstrom 58 bezeichnete Gasstrom auch als „Reverse-Tumble” bezeichnet wird. Dies hat zur Folge, dass eine besonders sichere und ausgeprägte Tumble-Strömung 56 innerhalb des Brennraums 8 entstehen kann und überdies ein besonders hoher Gasmassenstrom sowie ein hoher Füllungsgrad des Brennraums 8 erreicht werden kann.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 5 eine zweite Ausführungsvariante des vorstehend beschriebenen Gasleitelements 34 beschrieben, wobei die zweite Ausführungsvariante im Wesentlichen der Ausführungsvariante nach den 1 bis 4 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
Wie aus 5 ersichtlich, sind die Gasführungsflächen 52, 54 des Gasleitelements 34 in der zweiten Ausführungsvariante nicht in einer Ebene angeordnet, vielmehr sind die Gasführungsflächen 52, 54 gewölbt ausgebildet. Hierbei kann auch von einer Wölbung nach außen gesprochen werden, so dass die Gasführungsflächen 52, 54 jeweils konkav gewölbt ausgebildet sind. Wie aus 5 ferner ersichtlich, wurde auch die Querschnittsvergrößerung des Zufuhrkanals 6 im zweiten Abschnitt 46 durch entsprechende Formgebung des umgebenden Rohres 4 an die geänderte Form der Gasführungsflächen 52, 54 angepasst, um auch hier die vorstehend genannten Vorteile eines im Querschnitt vergrößerten zweiten Abschnitts 46 zu erzielen.
6 zeigt eine dritte Ausführungsvariante des Gasleitelements 34, wobei die dritte Ausführungsvariante im Wesentlichen der Ausführungsvariante nach den 1 bis 4 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
Auch bei der dritten Ausführungsvariante sind ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsvariante gewölbte Gasführungsflächen 52, 54 vorgesehen. Allerdings sind die Gasführungsflächen 52, 54 nach innen gewölbt ausgebildet, so dass auch von konvex gewölbten Gasführungsflächen 52, 54 gesprochen werden kann. Auch bei der dritten Ausführungsvariante ist die Vergrößerung des Querschnitt des Zufuhrkanals 6 an die geänderte Form der Gasführungsflächen 52, 54 angepasst, um die mit der Querschnittsvergrößerung im zweiten Abschnitt 46 einhergehenden, vorstehend genannten Vorteile auch bei der dritten Ausführungsvariante zu erzielen.
7 zeigt eine vierte Ausführungsvariante des Gasleitelements 34, wobei die vierte Ausführungsvariante im Wesentlichen der Ausführungsvariante nach den 1 bis 4 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
Wie bereits bei der ersten Ausführungsvariante sind auch bei der vierten Ausführungsvariante nach 7 die Gasführungsflächen 52, 54 jeweils in einer Ebene angeordnet. Auch sind die Gasführungsflächen 52, 54 zueinander schräggestellt. Jedoch ist nur eine der Gasführungsflächen 52; 54, hier die Gasführungsfläche 54, auch gegenüber der Strömungsrichtung 10 schräggestellt, während die andere Gasführungsfläche 52 in Strömungsrichtung 10 verläuft bzw. parallel zu dieser ausgebildet ist. Auch bei der vierten Ausführungsvariante wurde die Querschnittsvergrößerung im Bereich des zweiten Abschnitts 46 an die geänderte Geometrie des Gasleitelements 34 angepasst.
8 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante des Gasleitelements 34, wobei die fünfte Ausführungsvariante im Wesentlichen der ersten Ausführungsvariante nach den 1 bis 4 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
In der fünften Ausführungsvariante ist das Gasleitelement 34 im Wesentlichen wandförmig ausgebildet. So kann das Gasleitelement 34 beispielsweise als einfaches Wandteil mit parallel zueinander angeordneter Vorder-Rückseite ausgebildet sein. Alternativ – wie in 8 gezeigt – kann das Gasleitelement 34 flügelförmig ausgebildet sein, wobei die Flügelform in der fünften Ausführungsvariante einen in Richtung 12 weisenden Vorderabschnitt mit größerer Dicke und einen sich in Strömungsrichtung 10 anschließenden hinteren Abschnitt aufweisen kann, der sich in Strömungsrichtung 10 verjüngt.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Gasleitelement 34 bezogen auf die Strömungsrichtung 10 möglichst nahe an dem Ventilschaft 22 angeordnet ist. So ist es bevorzugt, wenn ein Abstand a in Richtung 10, 12 zwischen dem Ventilschaft 22 und dem Gasleitelement 34 bzw. dessen in Strömungsrichtung 10 weisenden Endes zumindest teilweise weniger als 1 cm beträgt. Auch hat es sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft herausgestellt, wenn das in Strömungsrichtung 10 hintere Ende des Gasleitelements 34 sich ebenfalls in den Längenrichtungen 24, 26 und somit parallel zu dem Ventilschaft 22 erstreckt, wie dies in 1 anhand der gestrichelten Linie 60 angedeutet ist.
Bei der Gaszuführeinrichtung 2 handelt es sich in den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils um eine Gaszuführeinrichtung 2 zur Erzielung der genannten Tumble-Strömung 56 innerhalb des Brennraumes 8. Innerhalb des Motors ist es daher bevorzugt, wenn der Verbrennungsmotor mindestens einen Zylinder 14 aufweist, der zwei Einlassventile 20, 20 und zwei Auslassventile aufweist, wobei die beiden Einlassventile 20, 20 in 1 im Wesentlichen rechts von der Mittelachse 16 angeordnet wären, während die Auslassventile in 1 im Wesentlichen links von der Mittelachse 16 angeordnet wären. Jedes der beiden Einlassventile 20, 20 hätte dabei die zuvor beschriebenen Merkmale, wobei jedem der Ventilschäfte 22, 22 ein entsprechender Zufuhrkanal 6, 6 mit einem Gasleitelement 34, 34 zugeordnet wäre.
Da vorstehend lediglich eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass grundsätzlich eine Vielzahl von Variationen und Abweichungen möglich sind. Es sei ferner klargestellt, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder den Aufbau nicht einschränken. Vielmehr stellen die Zusammenfassung und die beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine praktische Anleitung für den Fachmann dar, auf deren Grundlage der Fachmann zu zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gelangen kann. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Veränderungen betreffend die Funktion und die Anordnung der unter Bezugnahme auf die in den beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass von dem Bereich der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

2: Gaszuführeinrichtung
4: Rohr
6: Zufuhrkanal
8: Brennraum
10: Strömungsrichtung
12: Richtung
14: Zylinder
16: Mittelachse
18: Zufuhröffnung
19: Ebene
20: Ventil
22: Ventilschaft
24: Längenrichtung
26: Längenrichtung
28: Ventilteller
30: Ventilsitz
32: Ebene
34: Gasleitelement
36: Teilkanal
38: Teilkanal
40: Wandungsabschnitt
42: Wandungsabschnitt
44: erster Abschnitt
46: zweiter Abschnitt
48: dritter Abschnitt
50: Ecke oder Kante
52: Gasführungsfläche
54: Gasführungsfläche
56: Tumble-Strömung
58: Gasrückstrom/„Reverse Tumble”
60: gestrichelte Linie
a: Abstand
α: Schrägstellungswinkel
b: Breite
t: Tiefe

Claims

Gaszuführeinrichtung (2) für einen Verbrennungsmotor aufweisend einen Zufuhrkanal (6) zum Zuführen von Gas in einen Brennraum (8) und ein Ventil (20) zum Öffnen und Schließen des Zufuhrkanals (6) gegenüber dem Brennraum (8), das einen in dem Zufuhrkanal (6) angeordneten Ventilschaft (22) aufweist, wobei in Strömungsrichtung (10) vor dem Ventilschaft (22) ein Gasleitelement (34) zum Leiten das Gases um den Ventilschaft (22) angeordnet ist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitelement (34) den Ventilschaft (22) in Strömungsrichtung (10) zumindest teilweise verdeckt.
Gaszuführeinrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitelement (34) den Ventilschaft (22) bezogen auf dessen Breitenrichtung oder/und Längenrichtung (24, 26) in Strömungsrichtung (10) vollständig verdeckt.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gasleitelement (34) unter Erzeugung zweier voneinander getrennter Teilkanäle (36, 38) durchgehend von einem Wandungsabschnitt (40) zu einem gegenüberliegenden Wandungsabschnitt (42) des Zufuhrkanals (6) erstreckt.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (6) einen ersten Abschnitt (44) in Strömungsrichtung (10) vor dem Gasleitelement (34) und einen darauf folgenden zweiten Abschnitt (46) aufweist, in dem das Gasleitelement (34) angeordnet ist, wobei der Zufuhrkanal (6) im zweiten Abschnitt (46) einen größeren Querschnitt als im ersten Abschnitt (44) aufweist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Zufuhrkanals (6) im zweiten Abschnitt (46) derart gegenüber dem Querschnitt des Zufuhrkanals (6) im ersten Abschnitt (44) vergrößert ist, dass der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt (46) im Wesentlichen die gleiche Größe wie der Strömungsquerschnitt im ersten Abschnitt (44) aufweist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Strömungsquerschnitt im zweiten Abschnitt (46) aus der Summe der Strömungsquerschnitte der Teilkanäle (36, 38) gebildet ist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gasleitelement (34) entgegen der Strömungsrichtung (10) verjüngt oder stetig verjüngt.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitelement (34) eine dem zuzuführenden Gas zugewandte Ecke oder Kante (50) aufweist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitelement (34) zwei einander abgewandte Gasführungsflächen (52, 54) aufweist, die zueinander schräggestellt sind und von denen zumindest eine zu der Strömungsrichtung (10) schräggestellt ist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gasführungsflächen (52, 54) gewölbt oder konkav gewölbt oder konvex gewölbt ausgebildet oder in einer Ebene angeordnet ist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasleitelement (34) einen im Wesentlichen dreieckförmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Gasleitelements (34) ein Tiefen-Breiten-Verhältnis (t:b) von mindestens 3:1 aufweist.
Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (22) oder/und ein Ventilteller (28) des Ventils (20) oder/und eine dem Brennraum (8) zuwendbare oder zugewandte Zufuhröffnung (18) des Zufuhrkanals (6) gegenüber der Strömungsrichtung (10) oder zumindest der Strömungsrichtung (10) in dem ersten oder/und zweiten Abschnitt (44; 46) schräggestellt ist.
Verbrennungsmotor, insbesondere Hubkolbenmotor, mit einem Brennraum (8) und einer Gaszuführeinrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche.