-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum zur Optimierung der Zylinderinnenströmung für eine Verbesserung eines Brennverfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Maskierungsformen und Maskierungsanordnungen für Einlasskanäle bekannt, mittels welchen während eines Einlasstaktes beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine gerichtete Einströmung und somit eine gerichtete Zylinderinnenströmung zur Optimierung von Brennverfahren erzeugt werden soll.
-
Aus der Patentschrift
US 4 974 566 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Einlassventilsteuerung zur Optimierung der Zylinderinnenströmung bekannt. Dazu weist der Brennraum im Bereich der Zylinderwand eine Maskierung auf, welche ein Einlassventil teilweise radial umgibt. Dadurch wird bei kleinen Ventilhüben der für die Einströmung zur Verfügung stehende Einströmquerschnitt in einen Winkelbereich um das Einlassventil herum verengt. Weiter wird beschrieben, dass bei großen Ventilhüben der gesamte Umfang der Einlassventile für die Einströmung zur Verfügung steht und so eine gute Füllung des Zylinders ermöglicht wird. In einem Ausführungsbeispiel ist im Zylinder ein Einlassventil vorhanden, so dass bei kleinem Ventilhub eine Drallströmung erzeugt wird. In einem weiteren Beispiel wird beschrieben, dass im Zylinder zwei Einlassventile mit Maskierungen vorhanden sind und eine Tumbleströmung erzeugt wird.
-
Aus der Patentschrift
US 4 938 213 ist eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen bekannt. Im Brennraumdach ist eine Maskierung für die beiden Einlassventile vorgesehen, wobei die Maskierung zwischen den Einlassventilen und den Auslassventilen angeordnet ist und einen Umfangsabschnitt für die Einströmung abschirmt. Dadurch wird beim Einströmen eine Tumbleströmung erzeugt, wobei die Wirbelrichtung gegenüber einer Tumbleströmung bei einer zylinderwandnahen Maskierung entgegengesetzt ausgerichtet ist.
-
Aus der Offenlegungsschrift
EP 0 764 770 A2 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine weist wenigstens einen Zylinder mit wenigstens einem variabel betätigbaren Einlassventil für einen Einlasskanal auf. Damit bei kleinen Ventilhüben eine gerichtete Einströmung mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgt, ist eine sich an einen Ventilsitz des Einlassventils in Einströmrichtung anschließende Wand vorgesehen, so dass bei kleinen Ventilhüben der für die Einströmung zur Verfügung stehende Einströmquerschnitt zumindest in einem Winkelbereich um das Einlassventil herum verengt ist. Dadurch soll eine gerichtete Tumbleströmung beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Teillastbereich erzeugt werden.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 018 917 A1 und der Patentschrift
US 5,870,993 A sind Brennkraftmaschinen mit einem Zylinder bekannt. Der Zylinder weist zumindest eine Einlassöffnung mit einem Einlassventil und einem Ventilsitz auf, bei welcher brennraumseitig eine Maskierung vorgesehen ist, die den Ventilsitz entlang eines begrenzten Umfangsabschnitts seitlich einfasst.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 38 00 651 A1 und der Patentschrift
US 4,354,463 A sind ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen mit Ein- und Auslassventilen in einem Zylinderkopf bekannt. Einem Auslassventil ist eine brennraumseitige Maskierung zugeordnet, mittels welcher im Falle einer Rückströmung durch das Auslassventil ein Wirbel um die Achse des Brennraumes herum erzeugt wird.
-
Aus der Offenlegungsschrift
AT 502 088 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und jeweils zwei Einlass- und Auslassventilen bekannt. Die Brennkraftmaschine weist eine Ventilbetätigung auf, mittels welcher die Auslassventile gleichzeitig geöffnet und zu unterschiedlichen Zeiten geschlossen werden. Einem Auslassventil ist dabei eine Maskierung zugeordnet.
-
Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2015 014 753 A1 ist ein Zylinderkopf für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, welcher wenigstens einen Einlasskanal mit einem Ventilsitz und einem Einlassventil aufweist. Dem Einlasskanal ist eine relativ zum Einlasskanal bewegbare Einlassventilmaskierung zugeordnet, welche in zumindest einer Stellung den Ventilsitz zum Brennraum hin überragt. Die Einlassventilmaskierung ist dabei um eine Drehachse relativ zum Einlasskanal drehbar.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum bereitzustellen, mittels welcher die Zylinderinnenströmung für eine Verbesserung des Brennverfahrens weiter optimiert wird.
-
Lösung der Aufgabe
-
Die Aufgabe wird durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die Erfindung stellt eine erfindungsgemäß vorteilhafte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum bereit. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst wenigstens einen Zylinder mit einem Brennraum, wobei ein Zylinderkopf der Hubkolbenbrennkraftmaschine ein den Brennraum des Zylinders teilweise begrenzendes Brennraumdach aufweist. Der Zylinderkopf weist weiter wenigstens einen Einlasskanal mit einem Einlassventil auf, welcher dem Zylinder zugeordnet ist, um beim Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine Einströmung von Frischladung in den Brennraum des Zylinders zu ermöglichen. Der Zylinderkopf weist weiter wenigstens einen Auslasskanal mit einem Auslassventil auf, welcher dem Zylinder zugeordnet ist, um beim Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine eine Ausströmung von Abgas aus dem Brennraum des Zylinders zu ermöglichen.
-
Für eine Optimierung einer den Brennverlauf beeinflussenden Zylinderinnenströmung ist in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise dem Einlasskanal eine Mehrfachmaskierung zugeordnet. Die Mehrfachmaskierung weist wenigstens eine das Einlassventil teilweise radial umgebende erste Maskierung und eine über dem Umfang des Einlassventils zur ersten Maskierung beabstandete das Einlassventil teilweise radial umgebende zweite Maskierung auf. Die Mehrfachmaskierung, also die erste Maskierung und die zweite Maskierung bilden einen Teil des Brennraumdaches des Zylinders. Im Bereich der ersten Maskierung und im Bereich der zweiten Maskierung wird die Einströmung aus dem Einlasskanal in den Brennraum behindert oder unterbunden.
-
Die Einströmung erfolgt hauptsächlich oder ausschließlich im Bereich zwischen der ersten Maskierung und der zweiten Maskierung, so dass die Einströmung durch den Einlasskanal im Bereich des Einlassventils in eine erste Einströmung und eine zweite Einströmung aufgeteilt wird. Die erste Maskierung und die zweite Maskierung sind dabei für einen hauptsächlich ventilhubabhängigen Einfluss brennraumseitig am Brennraumdach über den Umfang des Einlassventils verteilt positioniert und bilden einen Teil des Brennraumdaches des Zylinders. Der Abstand zwischen erster Maskierung und einem Tellerrand des Einlassventils und der Abstand zwischen zweiter Maskierung und dem Tellerrand des Einlassventils sind dabei so gering, dass die Einströmung im Bereich der ersten Maskierung und zweiten Maskierung behindert und dementsprechend stark reduziert oder sogar unterbunden wird.
-
In besonders vorteilhafter Weise sind die erste Maskierung und die zweite Maskierung der Mehrfachmaskierung bezüglich des Einlassventilumfangs zueinander gegenüberliegend angeordnet, so dass die erste Einströmung und die zweite Einströmung beim Eintritt aus dem Einlasskanal in den Brennraum zueinander spiegelsymmetrisch einströmen. In besonders vorteilhafter Weise ist die erste Maskierung im Bereich zwischen Einlassventil und Auslassventil angeordnet. In besonders vorteilhafter Weise ist die zweite Maskierung im Bereich zwischen Einlassventil und einem Brennraumdachrand angeordnet.
-
In besonders vorteilhafter Weise sind die erste Maskierung und die zweite Maskierung hinsichtlich der wirksamen Maskierungsfläche unterschiedlich ausgeführt. In besonders vorteilhafter Weise weist die zweite Maskierung eine gegenüber der ersten Maskierung vergrößerte wirksame Maskierungsfläche auf. Dies kann durch eine unterschiedliche Maskierungshöhe und / oder durch einen unterschiedlichen Maskierungswinkel erfolgen, mit welchem die jeweilige Maskierung das Einlassventil radial umgibt. In besonders vorteilhafter Weise sind die erste Maskierung und / oder die zweite Maskierung derart ausgeführt, dass die wirksame Maskierungsfläche als Trapez ausgebildet ist. Die Trapezform ergibt sich, wenn der Maskierungswinkel in Abhängigkeit der Maskierungshöhe kontinuierlich ab- oder zunimmt.
-
Dementsprechend wird der ersten Einströmung eine erste Drallströmung und der zweiten Einströmung eine der ersten Drallströmung entgegengesetzte zweite Drallströmung aufgeprägt, welche sich zu einer Zylinderinnenströmung in Form einer Omegadrallströmung vereinen. Als Omegadrallströmung ist eine Zylinderinnenströmung zur verstehen, welche aus zwei zueinander entgegengerichteten und nebeneinander bestehenden Drallströmungen aufgebaut ist. Zudem weist die Omegadrallströmung auch Eigenschaften einer Tumbleströmung auf. Durch die mittels der Mehrfachmaskierung erzeugte Omegadrallströmung wird die Zylinderinnenströmung für eine Verbesserung des Brennverfahrens weiter optimiert.
-
Weist der Zylinderkopf wenigstens drei, dem Zylinder zugeordnete Einlassventile auf, so ist das wenigstens eine, zwischen den beiden äußeren Einlassventilen angeordnetes Einlassventil mit der Mehrfachmaskierung versehen. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist dem wenigstens einen, zwischen den beiden äußeren Einlassventilen angeordneten Einlassventil mit der Mehrfachmaskierung ein Einlasskanal zugeordnet, welcher gegenüber den Einlasskanälen der äußeren Einlassventile eine unterschiedliche Neigung aufweist. Durch die Mehrfachmaskierung des zwischen den äußeren Einlassventilen angeordneten Einlassventils und der unterschiedlichen Neigung der Einlasskanäle wird die erzeugte Omegadrallströmung und somit die Zylinderinnenströmung für eine Verbesserung des Brennverfahrens weiter optimiert.
-
Ausführungsbeispiel 1
-
Beispielhaft wird hier eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Zylinderkopfes (1) mit Einlassmaskierung und einem Einlassventil (4).
-
Der Zylinderkopf (1) der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum, dargestellt in 1, weist ein Brennraumdach (2), mittels welchem ein Brennraum eines Zylinders (1a) der Hubkolbenbrennkraftmaschine zylinderkopfseitig begrenzt ist, einen dem Zylinder (1a) zugeordneten Einlasskanal (3) mit einem dem Einlasskanal (3) zugeordneten Einlassventil (4), sowie einem dem Zylinder (1a) zugeordneten Auslasskanal (5) mit einem dem Auslasskanal (5) zugeordneten Auslassventil (6) auf. Für eine Optimierung einer Zylinderinnenströmung (7) ist dem Einlasskanal (3) eine Mehrfachmaskierung zugeordnet, welche eine erste Maskierung (8) und eine über dem Umfang des Einlassventils (4) zur ersten Maskierung (8) beabstandete zweite Maskierung (9) umfasst.
-
Die erste Maskierung (8) und die zweite Maskierung (9) sind brennraumseitig am Umfang des Einlassventils (4) zueinander gegenüberliegend angeordnet, wobei die erste Maskierung (8) im Bereich zwischen Einlassventil (4) und Auslassventil (6) am Umfang des Einlassventils (4) angeordnet ist. Dadurch sind eine erste Einströmung (10) und eine zweite Einströmung (11) beim Eintritt aus dem Einlasskanal (3) in den Brennraum zueinander spiegelsymmetrisch gerichtet, wobei der ersten Einströmung (10) eine erste Drallströmung (12) und der zweiten Einströmung (11) eine der ersten Drallströmung (12) entgegengesetzte zweite Drallströmung (13) aufgeprägt wird.
-
Ausführungsbeispiel 2
-
Beispielhaft wird hier eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
- 2: eine schematische Darstellung des Zylinderkopfes (1) mit Einlassmaskierung und drei Einlassventilen (4a, 4b, 4c).
-
Der Zylinderkopf (1) der Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Einlassmaskierung im Brennraum, dargestellt in 2, weist ein Brennraumdach (2), mittels welchem ein Brennraum eines Zylinders (1a) der Hubkolbenbrennkraftmaschine zylinderkopfseitig begrenzt ist, einen dem Zylinder (1a) zugeordneten ersten Einlasskanal (3a) mit einem dem ersten Einlasskanal (3a) zugeordneten ersten Einlassventil (4a), einen dem Zylinder (1a) zugeordneten zweiten Einlasskanal (3b) mit einem dem zweiten Einlasskanal (3b) zugeordneten zweiten Einlassventil (4b), einen dem Zylinder (1a) zugeordneten dritten Einlasskanal (3c) mit einem dem dritten Einlasskanal (3c) zugeordneten dritten Einlassventil (4c), sowie einem dem Zylinder (1a) zugeordneten ersten Auslasskanal (5a) mit einem dem ersten Auslasskanal (5a) zugeordneten ersten Auslassventil (6a) und einem dem Zylinder (1a) zugeordneten zweiten Auslasskanal (5b) mit einem dem zweiten Auslasskanal (5b) zugeordneten zweitem Auslassventil (6b) auf. Das erste Einlassventil (4a) mit erstem Einlasskanal (3a), das zweite Einlassventil (4b) mit zweitem Einlasskanal (3b) und das dritte Einlassventil (4c) mit drittem Einlasskanal (3c) sind nebeneinander angeordnet, wobei das zweite Einlassventil (4b) mit zweitem Einlasskanal (3b) als mittleres Einlassventil zwischen dem ersten Einlassventil (4a) mit erstem Einlasskanal (3a) und dem dritten Einlassventil (4c) mit drittem Einlasskanal (3c) als äußere Einlassventile positioniert ist.
-
Für eine Optimierung einer Zylinderinnenströmung (7) ist dem zweiten Einlasskanal (3b) eine Mehrfachmaskierung zugeordnet, welche eine erste Maskierung (8) und eine über dem Umfang des Einlassventils (4) zur ersten Maskierung (8) beabstandete zweite Maskierung (9) umfasst.
-
Die erste Maskierung (8) und die zweite Maskierung (9) sind brennraumseitig am Umfang des zweiten Einlassventils (4b) zueinander gegenüberliegend angeordnet, wobei die erste Maskierung (8) im Bereich zwischen zweitem Einlassventil (4b) und erstem Auslassventil (6a) sowie zweitem Auslassventil (6b) am Umfang des zweiten Einlassventils (4b) angeordnet ist. Dadurch sind eine erste Einströmung (10) und eine zweite Einströmung (11) beim Eintritt aus dem Einlasskanal (3) in den Brennraum zueinander spiegelsymmetrisch gerichtet, wobei der ersten Einströmung (10) eine erste Drallströmung (12) und der zweiten Einströmung (11) eine der ersten Drallströmung (12) entgegengesetzte zweite Drallströmung (13) aufgeprägt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zylinderkopf
- 1a
- Zylinder
- 2
- Brennraumdach
- 3
- Einlasskanal
- 3a, 3b, 3c
- erster, zweiter, dritter Einlasskanal
- 4
- Einlassventil
- 4a, 4b, 4c
- erstes, zweites, drittes Einlassventil
- 5
- Auslasskanal
- 5a, 5b
- erster, zweiter Auslasskanal
- 6
- Auslassventil
- 6a, 6b
- erstes, zweites Auslassventil
- 7
- Zylinderinnenströmung
- 8
- erste Maskierung
- 9
- zweite Maskierung
- 10
- erste Einströmung
- 11
- zweite Einströmung
- 12
- erste Drallströmung
- 13
- zweite Drallströmung
