DE102015223601A1

DE102015223601A1 - Einlasskanaleinrichtung

Info

Publication number: DE102015223601A1
Application number: DE102015223601.3A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kristen; Reinhard Schmid; Alexander Redlich; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-01
Also published as: WO2017089042A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanaleinrichtung zur Zuführung von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine mit einem die Brennluft entlang einer Strömungsachse 11 führenden Einlasskanal 10), der in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, wobei der Einlasskanal 10 im Bereich der Einmündung in den Brennraum ein Einlassventil 9 aufweist, und wobei in den Einlasskanal 10 stromaufwärts des Einlassventils 9 eine das Brenngas führende Gasleitung 12 einmündet. Erfindungsgemäß wird eine Einlasskanaleinrichtung mit einem Einlasskanal 10 und einer in den Einlasskanal 10 einmündenden Gasleitung 12 bereitgestellt, die hinsichtlich einer Gemischbildung von in dem Einlasskanal 10 geführter Brennluft und durch die Gasleitung 12 zugeführtem Brenngas verbessert ist. Erreicht wird dies dadurch, dass die Einlasskanaleinrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Dralls aufweist. Diese Einrichtung ist als zumindest eine Leitschaufel 15 ausgebildet, die bevorzugt auf dem Außenumfang der Gasleitung 12 im Bereich vor einer Austrittsöffnung 14 in dem Einlasskanal 10 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanaleinrichtung zur Zuführung von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine mit einem die Brennluft entlang einer Strömungsachse führenden Einlasskanal, der in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, wobei der Einlasskanal im Bereich der Einmündung in den Brennraum ein Einlassventil aufweist, und wobei in den Einlasskanal stromaufwärts des Einlassventils eine das Brenngas führende Gasleitung einmündet.
Stand der Technik
Eine derartige Einlasskanaleinrichtung zur Zuführung von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine ist aus der EP 0 084 175 A1 bekannt. Diese Einlasskanaleinrichtung weist einen als Saugrohr ausgebildeten Einlasskanal auf. Die Brennluft wird gesteuert von einem Einlassventil einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt. In das Saugrohr mündet eine Gasleitung ein, durch die das Brenngas in das Saugrohr zur Vermischung mit der Brennluft eingeblasen wird. Das Gemisch aus Brennluft und Brenngas wird in dem Brennraum mittels einer Zündkerze entzündet und bewegt einen Kolben der Brennkraftmaschine zur Erzeugung von Arbeitsleitung. Die Gasleitung weist im Bereich der Mündung in dem Saugrohr eine Verzweigung mit zwei Ästen auf, wobei im Bereich der Mündungen der Äste in dem Saugrohr eine oder mehrere Düsen angeordnet ist/sind. Über die Ausbildung und Anordnung der Düsen ist nichts weiter bekannt. Durch die Düsen wird letztendlich das Brenngas in das Saugrohr eingeblasen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einlasskanaleinrichtung mit einem Einlasskanal und einer in den Einlasskanal einmündenden Gasleitung bereitzustellen, die hinsichtlich einer Gemischbildung von in dem Einlasskanal geführter Brennluft und durch die Gasleitung zugeführtem Brenngas verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Gasleitung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Dralls aufweist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine möglichst vollständige und effektive Verbrennung eines Brenngas-Brennluft-Gemisches in der Brennkraftmaschine bei geringen Abgasemissionen vorteilhaft ist, wenn schon in dem Einlasskanal eine möglichst vollständige und intensive Vermischung der Brennluft mit dem Brenngas erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung eines Dralls in der Einlasskanaleinrichtung erfolgt eine intensivere Vermischung von Brenngas und Brennluft als dies beim Stand der Technik darstellbar ist. Durch die verbesserte Vermischung der Brennluft mit dem Brenngas wird ein verbessertes Gemisch erzeugt, so dass im Ergebnis eine verbesserte Verbrennung des in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeleiteten Gemisches aus der Brennluft und dem Brenngas unter gleichzeitiger Verringerung der Abgasemissionen erreicht ist. Dabei kann in allgemeinster Ausgestaltung die Vorrichtung zur Erzeugung des Dralls beliebig ausgebildet und in der Einlasskanaleinrichtung angeordnet sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zumindest eine Leitschaufel. Eine solche Leitschaufel bewirkt die gewünschte Verdrallung der Brennluft und/oder des Brenngases ohne dass der Brennluft und/oder dem Brenngas ein nachteiliger Strömungswiderstand aufgezwungen wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Leitschaufel in Längsrichtung des Einlasskanals und/oder der Gasleitung angeordnet. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltungsform, wobei aber auch eine andere Anordnung im Rahmen der Erfindung denkbar ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Leitschaufel an der Gasleitung angeordnet. Dabei kann wiederum in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Leitschaufel innerhalb der Gasleitung und/oder außerhalb der Gasleitung angeordnet sein. Ist die Leitschaufel innerhalb der Gasleitung angeordnet, wird das Brenngas verdrallt, während bei einer Anordnung außerhalb der Gasleitung die Brennluft verdrallt wird. Ist die Leitschaufel innerhalb und außerhalb der Gasleitung angeordnet, werden sowohl die Brennluft als auch das Brenngas verdrallt. Zusätzlich oder alternativ zu der Anordnung der Leitschaufel außerhalb der Gasleitung kann diese auch innerhalb des Einlasskanals angeordnet sein. Hier wird eine Auswahl bzw. Anordnung nach den jeweiligen Gegebenheiten vorgenommen werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Leitschaufel einstückig mit der Gasleitung und/oder den Einlasskanal ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei der Gasleitung problemlos und sinnvoll umsetzbar, indem die Gasleitung mit der entsprechenden Leitschaufel hergestellt bzw. gefertigt beispielsweise gegossen wird. So kann die Gasleitung beispielsweise aus Aluminium oder einem Kunststoffwerkstoff hergestellt sein.
In Weiterbildung der Erfindung sind vier Leitschaufeln auf den Umfang (Innenumfang, Außenumfang) der Gasleitung und/oder des Einlasskanals angeordnet. Das Vorsehen von vier solchen Leitschaufeln hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wobei aber hier auch entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten eine andere Anzahl von Leitschaufeln vorgesehen sein kann.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Leitschaufel im Bereich des Strömungsabbruchs der Brennluft und/oder des Brenngases einen Ablenkwinkel β von 10° bis 50°, vorzugsweise von 20° bis 40°, ganz bevorzugt von 30° auf. Diese Ablenkwinkel beziehungsweise dem ganz bevorzugten Ablenkwinkel haben sich gute Ergebnisse für eine Verdrallung des Brennluftstroms und des Brenngasstroms für eine gute Vermischung derselben ergeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Einlassbereichs einer Brennkraftmaschine mit einem in einen Zylinderkopf eingelassenen Einlasskanal, der über ein Einlassventil in einen an den Zylinderkopf angrenzenden Brennraum in einem mit dem Zylinderkopf zusammenwirkenden Zylinder einmündet, wobei in den Einlasskanal eine Gasleitung einmündet,
2 einen Längsschnitt durch die Gasleitung im Bereich der Mündungsstelle und
3 einen Querschnitt durch die Gasleitung gemäß 2
Der in 1 dargestellte Ausschnitt zeigt einen Teilschnitt durch einen Einlassbereich 1 einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 2, der auf einem Zylinder 3 der Brennkraftmaschine angeordnet und mit diesem unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung verbunden ist. In dem Zylinder 3 ist ein zumindest einen Kolbenring 5 aufweisender Kolben 4 angeordnet, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Kolben 4 entlang einer Längsachse 6 periodisch auf und ab bewegt. In den Kolben 4 kann eine Brennraummulde 7 eingelassen sein, die dann zusammen mit einem Zylinderraum 8 oberhalb des Kolbens 4 einen Brennraum bildet. In dem Brennraum verbrennt ein eingebrachtes Gemisch aus Brennluft und Brenngas und bewirkt dabei die Abwärtsbewegung des Kolbens 4 zur Erzeugung von Arbeitsleistung an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
Der Zylinderraum 8 ist zur Zuführung von dem Gemisch aus Brennluft und Brenngas gesteuert über ein in dem Zylinderkopf 2 angeordnetes Einlassventil 9 mit einem ebenfalls in dem Zylinderkopf 2 angeordneten Einlasskanal 10 verbindbar. Das Einlassventil 9 wird von einer Nockenwelle direkt oder indirekt betätigt, wobei die Nockenwelle synchron mit der Kurbelwelle dreht. In der dargestellten offenen Stellung des Einlassventils 9 ist der Einlasskanal 10 mit dem Zylinderraum 8 und somit auch der Brennraummulde 7 strömungsverbunden und durch den Einlasskanal entlang einer Strömungsachse 11 zugeführte Brennluft strömt zusammen mit in den Einlasskanal 10 über eine Gasleitung 12 eingeblasenes Brenngas in den Zylinderraum 8 und die Brennraummulde 7. Das Brenngas, das beispielsweise Erdgas oder ein sonstiges brennbares Gas ist, wird vorzugsweise gesteuert von einem Gasventil in die Gasleitung 12 eingebracht. Dabei kann die Gasleitung 12 Bestandteil des Gasventils sein. Das Brenngas bildet mit der Brennluft das brennbare Gemisch, das bei einer durch beispielsweise eine in den Zylinderraum 8 hineinragenden Zündkerze ausgelösten Entzündung verbrennt und den Kolben 4 bei dem dann geschlossenen Einlassventil 9 zur Erzeugung der Drehbewegung der Kurbelwelle entlang der Längsachse 6 nach unten bewegt. Nach der Verbrennung wird der Kolben 4 wieder nach oben bewegt und über ein ebenfalls in dem Zylinderkopf 2 angeordnetes Auslassventil wird das verbrannte Gemisch aus dem Zylinderraum 8 und der Brennraummulde 7 ausgeschoben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Gasleitung 12 unter einem Winkel α von angenähert 45° bezogen auf eine Wandung des Einlasskanals 10 durch den Zylinderkopf 2 geführt und weist im Bereich der Mitte des beispielsweise in diesem Bereich zylinderförmig ausgebildeten Einlasskanals 10 einen abgewinkelten Abschnitt 13 auf, der entlang der Mittelachse des Einlasskanals 10 ausgerichtet ist. Die dargestellte Ausgestaltung und Anordnung der Gasleitung 12 in dem Einlasskanal 10 gewährleistet eine nahezu verlustfreie und ungestörte Strömung der Brennluft im Bereich der in den Einlasskanal 10 hineinragenden Gasleitung 12. Der abgewinkelte Abschnitt 13 der Gasleitung 12 mündet mit einer axialen, also in Richtung der Strömungsachse 11 ausgerichteten, Austrittsöffnung 14 in dem Einlasskanal 10. Die Austrittsöffnung 14 kann zudem als Düse für eine feine Zerstäubung des Brenngases ausgebildet sein.
Weiterhin zeigt 1 in einer schematischen Darstellung die Anordnung von zumindest einer Leitschaufel 15, die an der der Gasleitung 12 im Bereich des abgewinkelten Abschnitts 13 innerhalb oder außerhalb derselben und/oder an der Innenwand des Einlasskanals 10 angeordnet ist. Die zumindest eine Leitschaufel 15 wird in den nachfolgenden Figuren am Beispiel einer Anordnung am Außenumfang der Gasleitung 12 genauer erläutert.
Durch die zumindest eine Leitschaufel 15 wird der Brennluft und/oder dem Brenngas ein Drall (oder Drehimpuls) auferlegt, der eine innige Vermischung der Brennluft und des Brenngases schon in dem Einlasskanals 10 bewirkt, so dass letztendlich in dem Brennraum in der Brennraumulde 7 und/oder dem Zylinderraum 8 ein intensiv vermischtes Gemisch aus Brennluft und Brenngas eintritt und dort vollständig mit hohem Wirkungsgrad bei niedrigen Abgasemissionen verbrennt. Die Größe der Leitschaufel 15 ist an die jeweilige Anordnung angepasst. So ist eine an der Innenwand des Einlasskanals 10 angeordnete Leitschaufel 15 deutlich größer als eine innerhalb der Gasleitung 12 beziehungsweise des abgewinkelten Abschnitts 13 angeordnete Leitschaufel 15.
2 zeigt einen Längsschnitt durch die Gasleitung 12 die im Bereich vor einer Austrittsöffnung 14 einen abgewinkelten Abschnitt 13 aufweist, der in Richtung des Einlasskanals 10 beziehungsweise der Strömungsachse 11 ausgebildet ist. Im Bereich vor der Austrittsöffnung 14 sind auf dem Außenumfang des abgewinkelten Abschnitts 13 der Gasleitung 12 insgesamt vier Leitschaufeln 15 angeordnet, die bevorzugt einstückig mit der Gasleitung 12 ausgebildet sind. Die Leitschaufeln 15 erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge des abgewinkelten Abschnitts 13 und weisen vorzugsweise im Bereich einer Strömungsabbruchkante vor der Austrittsöffnung 14 einen Ablenkwinkel von circa 30° auf. Die Strömungsabbruchkante der Leitschaufel 15 kann eine an die Strömungsverhältnisse angepasste und optimierte Form aufweisen, was durch die unterschiedlichen Ausgestaltungen der oberen und der unteren Leitschaufel 15 in diesem Bereich dargestellt ist.
3 zeigt einen Querschnitt durch den abgewinkelten Abschnitt 13 der Gasleitung 12 kurz vor der Mündung 14 mit vier auf den Außenumfang des abgewinkelten Abschnitts 13 angeordneten Leitschaufeln 15.
In den 2 bis 4 ist die Anordnung der Leitschaufeln 15 auf den Außenumfang der Gasleitung 12 wiedergegeben. Die Leitschaufeln 15 können aber auch zusätzlich oder alternativ – wie eingangs ausgeführt worden ist – auf den Innenumfang der Gasleitung 12 oder dem Innenumfang des Einlasskanals 10 angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0084175 A1 [0002]

Claims

Einlasskanaleinrichtung zur Zuführung von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine mit einem die Brennluft entlang einer Strömungsachse (11) führenden Einlasskanal (10), der in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, wobei der Einlasskanal (10) im Bereich der Einmündung in den Brennraum ein Einlassventil (9) aufweist, und wobei in den Einlasskanal (10) stromaufwärts des Einlassventils (9) eine das Brenngas führende Gasleitung (12) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskanaleinrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Dralls aufweist.
Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest eine Leitschaufel (15) ist.
Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) in Längsrichtung des Einlasskanals (10) und/oder der Gasleitung (12) angeordnet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) an der Gasleitung (12) angeordnet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) innerhalb der Gasleitung (12) angeordnet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) außerhalb der Gasleitung (12) angeordnet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel innerhalb des Einlasskanals (10) angeordnet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) einstückig mit der Gasleitung (12) und/oder dem Einlasskanal (10) ausgebildet ist.
Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vier Leitschaufeln (15) auf den Umfang der Gasleitung (12) und/oder des Einlasskanals (10) angeordnet sind.
Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufel (15) im Bereich des Strömungsabbruchs der Brennluft und/oder des Brenngases einen Ablenkwinkel β von 10° bis 50°, vorzugsweise von 20° bis 40°, ganz bevorzugt von 30° aufweist.