DE19740229A1 - Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit Ansaugkanal und Zusatzluftkanal - Google Patents
Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit Ansaugkanal und ZusatzluftkanalInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf mit zumindest
einem Ansaugkanal je Brennkraftmaschinen-Zylinder, in welchen nahe eines
Sitzringes für ein den Zylinder gegenüber dem Ansaugkanal verschließen
des Einlaßventil ein Zusatzluftkanal mündet. Zum technischen Umfeld wird
beispielshalber auf die EP 0 521 921 B1 verwiesen.
Mit einem dem Fachmann bekannten, in den Ansaugkanal einer Brennkraft
maschine mündenden Zusatzluftkanal läßt sich insbesondere in Teillastbe
reichen der Brennkraftmaschine, d. h. wenn der entsprechende Brennkraft
maschinen-Zylinder nicht vollständig mit Frischgas befüllt wird, eine gezielte
Ladungsbewegung im Zylinder erzielen, was der Gemischbildung förderlich
ist. Im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine hingegen, d. h. bei vollständig
befülltem Zylinder muß eine derartige Ladungsbewegung nicht erzeugt wer
den, wobei ein solcher Zusatzluftkanal - im Gegensatz zu anderen bekann
ten Maßnahmen zur Erzeugung einer gezielten Ladungsbewegung - dann
kein Strömungshindernis für die über den Ansaugkanal in den Zylinder ein
strömende Frischgasladung darstellt.
Bei dieser Ladungsbewegung kann - wie ebenfalls bekannt - grundsätzlich
zwischen zwei Bewegungsrichtungen unterschieden werden. Zum einen
kann ein sog. "swirl" erzeugt werden, bei welchem die Frischgasladung im
wesentlichen um die Zylinderlängsachse rotiert, zum anderen ein sog.
"tumble", bei welchem die einströmende Frischgasladung eine Walze bildet,
die um eine zur Zylinderlängsachse senkrechte Achse rotiert.
Ein derartiger "tumble" ist insbesondere für gemischverdichtende Brenn
kraftmaschine mit Direkteinspritzung besonders vorteilhaft.
Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer ein solcher "tumble" besonders
wirkungsvoll erzeugt werden kann, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Mün
dungsöffnung des Zusatzluftkanales schlitzförmig ausgebildet ist und sich in
einer zur Ansaugkanalachse im Mündungsbereich im wesentlichen senk
rechten Ebene über ein Winkelsegment in der Größenordnung zwischen 30°
und 180° erstreckt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der
Unteransprüche.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs
beispieles, wobei Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschinen-Ansaugkanal in einem nur teilweise dargestellten Zy
linderkopf zeigt, während Fig. 2 den Schnitt A-A aus Fig. 1 bzw. die entspre
chende Aufsicht auf den Brennkraftmaschinen-Zylinder zeigt.
Mit der Bezugsziffer 1 ist ein Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf bezeichnet,
der wie üblich auf dem nicht dargestellten Kurbelgehäuse einer Hubkolben-
Brennkraftmaschine sitzt. Bevorzugt handelt es sich um eine mehrzylindrige
Brennkraftmaschine, d. h. es sind in Reihe mehrere Zylinder 2 vorgesehen,
in denen jeweils ein Kolben senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 2 ver
schiebbar geführt ist. Wie üblich kann in jeden Zylinder 2 über zumindest ein
(nicht gezeigtes) Einlaßventil Frischgas eingeführt werden, welches nach
Verbrennung über ein ebenfalls nicht gezeigtes Auslaßventil wieder abge
führt wird.
Wie üblich ist jedem Einlaßventil ein Ventilsitzring 3 zugeordnet, der im Zy
linderkopf 1 angeordnet ist und das Ende eines im Zylinderkopf 1 verlaufen
den Ansaugkanales 4 bildet. Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel be
sitzt der Zylinder 2 zwei Ansaugkanäle 4.
Nahe des Ventilsitzringes 3 mündet in den Ansaugkanal 4 ein Zusatzluftka
nal 5, der wie ersichtlich einen deutlich geringeren Strömungsquerschnitt als
der Ansaugkanal 4 besitzt. Über diesen Zusatzluftkanal 5 kann in den An
saugkanal 4 ein Zusatzluftstrom eingebracht werden, der die Einströmung
des über den Ansaugkanal 4 in den Zylinder 2 gelangenden Frischgasstro
mes in gewünschter Weise beeinflußt, und zwar insbesondere einen
"tumble" erzeugt, der nichts anderes als eine Strömungswalze ist, die in Fig.
1 gemäß Pfeil 6 im Zylinder 2 bewegt wird.
Ein optimaler "tumble" 6 wird erzeugt, wenn die Mündungsöffnung 5a des
Zusatzluftkanales 5 schlitzförmig ausgebildet ist und sich in einer zur An
saugkanalachse 4a im wesentlichen senkrechten Ebene über ein Winkel
segment in der Größenordnung zwischen 30° und 180° erstreckt. Dieses
Winkelsegment ist in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 8 dargestellt.
Wie ersichtlich besteht jede schlitzförmige Mündungsöffnung 5a aus zwei in
deren Ebene nebeneinanderliegenden Einzelschlitzen 5a', 5a'', zwischen
denen sich ein von der Wand 4b des Ansaugkanales 4 gebildeter Steg 5b
befindet.
Durch die Aufteilung der Mündungsöffnung 5a in die beiden Einzelschlitze
5a', 5a'' ergibt sich zum einen eine optimale Beeinflussung der Frisch
gasströmung im Ansaugkanal 4, zum anderen verleiht der Steg 5b der ge
samten Konstruktion eine ausreichende Festigkeit.
Es hat sich gezeigt, daß eine optimale Beeinflussung der über den Ansaug
kanal 4 in den Zylinder 2 einströmenden Frischgasströmung durch den über
den Zusatzluftkanal 5 eingeleiteten Zusatzluftstrom dann erfolgt, wenn das
Zentrum 5c der schlitzförmigen Mündungsöffnung im Bereich des kleinsten
Krümmungsradius des Ansaugkanales 4 liegt. Selbstverständlich liegt auch
dieses Zentrum 5c in der nicht näher bezeichneten durch die schlitzförmige
Mündungsöffnung 5a bzw. durch das Winkelsegment 8 definierten Ebene,
die im wesentlichen senkrecht steht auf der Ansaugkanalachse 4a bzw. der
Längsachse des Ansaugkanales 4 in diesem Abschnitt. In diesem Abschnitt
fällt die Ansaugkanalachse 4a im übrigen mit der Rotationsachse 3a des
Ventilsitzringes 3 zusammen (zumindest im wesentlichen).
Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich wie ersichtlich jeder
Einzelschlitz 5a' bzw. 5a'' in der von der schlitzförmigen Mündungsöffnung
5a definierten Ebene über ein Winkelsegment von ca. 40°, jedoch kann die
se Größenordnung den jeweiligen Verhältnissen entsprechend angepaßt
werden. Insbesondere können die beiden Einzelschlitze 5a', 5a'' auch je
weils ein unterschiedlich großes Winkelsegment beschreiben. Auch wurden
befriedigende "tumble"-Strömungen gemäß Pfeilrichtung 6 erzeugt, wenn
eine einzige schlitzförmige Mündungsöffnung 5a vorgesehen war, die ein
Winkelsegment von nahezu 180° einschloß.
In gleicher Weise kann die Höhe 5d der schlitzförmigen Mündungsöffnung
5a, die im wesentlichen in Richtung der Rotationsachse 3a gemessen wird,
an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden. Bevorzugt liegt diese Höhe
5d der schlitzförmigen Mündungsöffnung 5a dabei in der Größenordnung
von 2% bis 10% des Durchmessers des Einlaßventiles bzw. des Ventilsitz
ringes 3.
Wie ersichtlich erweitert sich der Zusatzluftkanal 5 stromauf seiner Mün
dungsöffnung 5a in einer zur Mündungsöffnungsebene senkrechten Ebene,
insbesondere aus konstruktiven Gründen. Im wesentlichen soll der Zusatz
luftkanal 5 nämlich einen konstanten Querschnitt besitzen, so daß er sich
stromauf der Mündungsöffnung 5a in seiner Mündungsöffnungsebene ver
engt (nicht gezeigt). Dabei kann die Versorgung des Zusatzluftkanales 5 mit
einem Zusatzluftstrom wie üblich erfolgen, d. h. bei quantitätsgesteuerten
Brennkraftmaschinen, in deren Ansaugtrakt sich ein Drosselorgan befindet,
kann die Versorgung des Zusatzluftkanales 5 mit Frischluft von einer strom
auf des Drosselorganes liegenden Stelle erfolgen, während bei Brennkraft
maschinen ohne Drosselorgan ein separate Pumpe oder dgl. zur Förderung
des Zusatzluftstromes vorgesehen sein kann.
Wie Fig. 2 zeigt, sind beim hier erläuterten Ausführungsbeispiel jedem Zy
linder 2 zwei Ansaugkanäle 4 zugeordnet, von denen jeder einen schlitz
förmig mündenden Zusatzluftkanal 5 besitzt. Mit der gezeigten schlitzförmi
gen Mündungsöffnung 5a ist damit ein optimaler "tumble" 6 erzeugbar. Ab
weichend vom hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch mög
lich, beispielsweise nur einem der beiden Ansaugkanäle 4 einen schlitzför
mig mündenden Zusatzluftkanal 5 zuzuordnen, während der andere An
saugkanal ohne eine solche Störstelle verläuft. Dann ist es möglich, mit Hilfe
dieses beispielsweise einzigen Zusatzluftkanales 5 zusätzlich zum "tumble"
6 einen "swirl" im Zylinder 1 zu erzeugen, wobei - wie dem Fachmann be
kannt - die eingebrachte Gasladung zusätzlich um die Zylinderlängsachse
rotiert, d. h. in Fig. 2 um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse.
Im übrigen sei noch darauf hingewiesen, daß die Fertigung eines Zylinder
kopfes 1 mit einem derartigen insbesondere schlitzförmig mündenden Zu
satzluftkanal 5 bevorzugt durch lost-foam-Gießtechnik erfolgen kann - ins
besondere gilt das für die Zusatzluftkanäle 5 selbst - jedoch kann dies sowie
eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus ab
weichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt
der Patentansprüche zu verlassen.
1
Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf
2
Zylinder
3
Ventilsitzring
3
a Rotationsachse von
3
4
Ansaugkanal
4
a Ansaugkanalachse
4
b Wand von
4
5
Zusatzluftkanal
5
a schlitzförmige Mündungsöffnung von
5
5
a' Einzelschlitz
5
a'' Einzelschlitz
5
b Steg zwischen
5
a' und
5
a''
5
c Zentrum von
5
a
5
d Höhe von
5
a
6
Pfeil: tumble
8
Winkelsegment (30° bis 180°)
Claims (8)
1. Brennkraftmaschinen-Zylinderkopf (1) mit zumindest einem Ansaug
kanal (4) je Brennkraftmaschinen-Zylinder (2), in welchen nahe eines
Ventilsitzringes (3) für ein den Zylinder (2) gegenüber dem Ansaug
kanal (4) verschließendes Einlaßventil ein Zusatzluftkanal (5) mündet,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnung (5a) des Zusatz
luftkanales (5) schlitzförmig ausgebildet ist und sich in einer zur An
saugkanalachse (4a) im Mündungsbereich im wesentlichen senkrech
ten Ebene über ein Winkelsegment (8) in der Größenordnung zwi
schen 30° und 180° erstreckt.
2. Zylinderkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmige Mündungsöffnung
(5a) aus zumindest zwei nebeneinander liegenden Einzelschlitzen
(5a', 5a'') besteht, zwischen denen sich (jeweils) ein von der Wand
(4b) des Ansaugkanales (4) gebildeter Steg (5b) befindet.
3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (5d) der schlitzförmigen Mün
dungsöffnung (5a) in der Größenordnung von 2% bis 10% des
Durchmessers des Einlaßventiles liegt.
4. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum (5c) der schlitzförmigen
Mündungsöffnung (5a) im Bereich des kleinsten Krümmungsradius
des Ansaugkanales (4) liegt.
5. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zusatzluftkanal (5) stromauf
seiner Mündungsöffnung (5a) in der Mündungsöffnungsebene verengt
und in einer sich hierzu senkrechten Ebene unter Beibehaltung eines
im wesentlichen konstanten Querschnitts erweitert.
6. Zylinderkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß je Zylinder (2) mehrere Ansaugkanäle
(4) vorgesehen sind, von denen jedem ein schlitzförmig mündender
Zusatzluftkanal (5) zugeordnet ist.
7. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet, daß je Zylinder (2) mehrere Ansaugkanäle
(4) vorgesehen sind, von denen nicht jedem ein schlitzförmig mün
dender Zusatzluftkanal (5) zugeordnet ist.
8. Durch Gießen hergestellter Zylinderkopf (1) nach einem der vorange
gangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Zusatzluftkanäle (5) in
lost-foam Gießtechnik hergestellt sind.
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