-
Die Erfindung betrifft einen Einlasskanal eines Zylinderkopfes für einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei der Einlasskanal eine Einlasskrümmung mit einer angeströmbaren Krümmungsoberseite und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Krümmungsunterseite aufweist und in einen Einlassventilsitz übergeht.
-
Ein derartiger Einlasskanal der zu einem Brennraum hin in einen Einlassventilsitz übergeht ist aus der Druckschrift
DE 44 22 328 A1 bekannt. Der Einlassventilsitz weist einen radialsymmetrischen Ventilsitzring auf, der eine den Strömungsquerschnitt ringförmige und trichterartig verringernde Abrisskante oberhalb des Einlassventilsitzes bildet. Eine derartige ringförmige Abrisskante induziert nachteilig Schleudereffekte bzw. sogenannte Tumblebewegungen eines Gas/Kraftstoffgemisches in dem Brennraum. Diese Schleudereffekte wirken einer Durchmischung von über den Einlasskanal und den geöffneten Einlassventilsitz einströmender Luft und eines eingespritzten Kraftstoffs entgegen.
-
Aufgabe einer Ausführungsform der Anmeldung ist es, einen Einlasskanal, der in einen Ventilsitz übergeht, zu schaffen, welcher die Durchmischung der über den Einlasskanal und den geöffneten Einlassventilsitz einströmenden Luft mit einem eingespritzten Kraftstoff verbessert und Schleudereffekte in dem Brennraum unterdrückt.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird diese Aufgabe durch einen speziell geformten Einlasskanal eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine gelöst. Der Einlasskanal weist eine Einlasskrümmung mit einer anströmbaren Krümmungsoberseite und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Krümmungsunterseite auf und geht in einen Einlassventilsitz über. Die Bezeichnungen oberhalb und unterhalb beziehen sich wie üblich auf die Einbauposition im Fahrzeug, sodass der Einlasskanal in Strömungsrichtung nach unten gekrümmt ist. Der Einlasskanal weist oberhalb bzw. stromaufwärts des Einlassventilsitzes, insbesondere an der Innenfläche des Einlasskanals, eine auf der Krümmungsoberseite angeordnete, insbesondere einseitig angeordnete, Rampe auf, die in Strömungsrichtung zunehmend von der Krümmungsoberseite aus in den Einlasskanal hineinragt und an ihrem Ende in eine radial asymmetrische Abrisskante übergeht, wobei in diesem Zusammenhang unter „radial asymmetrischer” Abrisskante oder „asymmetrischer” Abrisskante eine von einem radialen Querschnitt einseitig nach innen abstehende Abrisskante im Gegensatz zu einer den Einlasskanal trichterförmig und radial verengenden Abrisskante verstanden wird.
-
Eine derartige Rampe mit einer radialasymmetrisch angeordneten Abrisskante hat den Vorteil, dass sich an der asymmetrischen Abrisskante Turbulenzen bilden, welche die Durchmischung einer über den Einlasskanal und den geöffneten Einlassventilsitz einströmenden Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff im Brennraum intensiviert, insbesondere dann, wenn die Abrisskante nahe dem Ventilsitz und auch nahe zu einem Einspritzventil des Kraftstoffs angeordnet ist. Durch die intensive turbulente Durchmischung der zugeführten Luft und des eingespritzten Kraftstoffs ist nach entsprechend hoher Kompression des Luft-Kraftstoffgemisches in dem Brennraum bei Dieselmotoren oder nach Zünden des komprimierten Luft-Kraftstoffgemisches in dem Brennraum bei Ottomotoren ein homogener Verlauf des Brennvorgangs möglich, der die Laufruhe des Motors fördert.
-
Für eine Ausgestaltung einer asymmetrischen Abrisskante nahe bei dem Einlassventilsitz sind eine Vielfalt von Varianten möglich, von denen in der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Figuren nur einige aufgeführt werden. Mit der, insbesondere einseitig, an der Krümmungsoberseite angeordneten Rampe mit Abrisskante an ihrem Ende ist entscheidend, dass die Abrisskante in jedem Fall mit der Rampe den Strömungsquerschnitt des Einlasskanals verringert bzw. dass die Abrisskante in den Einlasskanal oberhalb des Ventilsitzes radial asymmetrisch hineinragt. Herkömmliche einseitige Hinterschneidungen oder Ausnehmungen oberhalb des Ventilsitzes, können den positiven Effekt des Hineinragens der Abrisskante in den Einlasskanal nicht kompensieren bzw. erreichen, da Turbulenzen ihre Durchmischungswirkung nur dort voll entfalten, wo asymmetrische Hindernisse wie die radial asymmetrische Abrisskante in die Lufteinlassströmung hineinragen, ohne Schleudereffekte im Brennraum zu initiieren.
-
Wie nachstehend noch ausgeführt, kann die Abrisskante einen geraden Verlauf annehmen bzw. kann eine Gerade bilden, oder kann gekrümmt sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Rampe in Strömungsrichtung von einer Spitze beginnend bis zur Abrisskante, wobei die Abrisskante eine Kreissehne des dortigen, zumindest weitgehend kreisförmigen Einlasskanalquerschnitts bildet. Das in der Kreisfläche liegende Kreissegment hat dabei einen Kreissegmentwinkel zwischen 20° und 120°.
-
Über den Kreissegmentwinkel von 20° bis 120° kann die Länge der Kreissehne und damit die Länge der Abrisskante variiert werden. Je größer der Kreissegmentwinkel wird, umso länger wird die Abrisskante und umso weiter ragt die Abrisskante in den Einlasskanal hinein.
-
Anstelle einer geraden Abrisskante kann in einer weiteren Ausführungsform die Abrisskante einen Krümmungsradius an der Kreissehne aufweisen. Dabei kann der Krümmungsradius der Abrisskante, das 1,2–2,5 fache des Radius des Einlasskanals aufweisen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Länge der Abrisskante vergrößert werden kann, ohne dass die Abrisskante tiefer in den Einlasskanal hineinragt und dabei den Einlassquerschnitt zu stark verkleinert.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Abrisskante einen Krümmungsradius aufweist, dessen Mittelpunkt gegenüber dem Mittelpunkt des Einlasskanals versetzt angeordnet ist. Mit dieser Technik können Abrisskanten realisiert werden, die sich über bis zu 180° einseitig entlang der Krümmungsoberseite des Lufteinlaskrümmers erstrecken und dennoch eine ausreichende Querschittsfläche für die Luftströmung freihalten, wie es eine der nachfolgenden Darstellungen einer Ausführungsform zeigt.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die Abrisskante einen Krümmungsradius R''A auf, dessen Mittelpunkt MA gegenüber dem Mittelpunkt ME des Einlasskanals derart versetzt angeordnet ist, dass die Krümmung konkav in den Einlasskanal hineinragt. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, dass bei geringem Kreissegmentwinkel eine vergrößerte und tiefer in den Einlasskanal hineinragende Abrisskante mit Rampe gebildet werden kann.
-
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Abrisskante und dem Ventilsitz wenige Millimeter aufweist. Durch diesen geringen Abstand kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass die an der Abrisskante entstehenden Turbulenzen den Brennraum erreichen.
-
Außerdem kann die Rampe einen Neigungswinkel zur Abrisskante hin zwischen 10° und 60° aufweisen. Bei gleichbleibender Abrisskantenlänge wird mit zunehmendem Neigungswinkel die Rampe kürzer und steiler. Zusätzlich ist es möglich, dass die Rampe von ihrer Spitze zur Abrisskante hin eine Krümmung aufweist, so dass die Abrisskante noch spitzer in den Einlasskanal hineinragt, was die Bildung von Turbulenzen verstärkt.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Rampe mit Abrisskante ein integraler Bestandteil des Zylinderkopfes ist. Dieses ist für eine Serienfertigung von Vorteil, jedoch mit einem erheblichen Kostenaufwand bei der Erprobung unterschiedlicher Varianten der Abrisskante verbunden. Deshalb ist es vorgesehen, für eine Erprobungsphase unterschiedlicher Varianten der asymmetrischen Abrisskante einen Ventilsitzring zu formen, der in den Einlasskanal hineinragt, wobei der Ventilsitzring die Rampe mit Abrisskante zur Krümmungsoberseite des Einlasskanals hin aufweist.
-
Weiterhin ist es vorgesehne, dass ein Verbrennungsmotor einen Einlasskanal eines Zylinderkopfes für einen Brennraum aufweist. Der Einlasskanal weist wie oben beschrieben eine Einlasskrümmung mit einer anströmbaren Krümmungsoberseite und einer dieser gegenüberliegend angeordneten Unterseite auf und geht in einen Einlassventilsitz über. Der Einlasskanal weist oberhalb des Einlassventilsitzes eine auf der Krümmungsoberseite einseitig angeordnete Rampe auf, die in Strömungsrichtung zunehmend von der Krümmungsoberseite aus in den Einlasskanal hineinragt und an ihrem unteren Ende in eine nach innen abstehende Abrisskante übergeht. Ein derartiger Verbrennungsmotor kann effektiver die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs in mechnische Arbeit umsetzen, da die Verbrennung durch verbesserte Durchmischung des Luft-Kraftstoffgemisches intensiviert wird.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes vor, wobei das Getriebe mit einem Antriebsstrangs verbunden ist, wobei in einem Kraftfahrzeug mit dem Antriebsstrang eine Ausgangswelle des Antriebsstrangs mit einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist, so dass sich die verbesssertre Verbrennung auch auf den Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs in vorteilhafterweise auswirkt.
-
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Einlasskanals mit einer in einen Einlasskanal hineinragenden radial asymmetrischen Abrisskante;
-
2 zeigt die Ausführungsform gemäß 1 mit einer Position eines Neigungswinkels der Rampe;
-
3 zeigt einen Einlasskanal mit einer in den Einlasskanal hineinragenden gekümmten Rampe;
-
4 zeigt einen Einlasskanals mit einem Ventilsitzring, der eine in den Einlasskanal hineinragende Abrisskante aufweist;
-
5 zeigt mit den 5A und 5B einen Querschnitt eines Einlasskanals mit geraden Abrisskanten entlang der Schittlinie A-A der 1 bis 4;
-
6 zeigt mit den 6A und 6B einen Querschnitt eines Einlasskanals mit gekrümmten Abrisskanten entlang der Schittlinie A-A der 1 bis 4;
-
7 zeigt mit den 7A und 7B einen Querschnitt eines Einlasskanals mit konkav gekrümmten Abrisskanten entlang der Schittlinie A-A der 1 bis 4,
-
8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Einlasskanals mit kreisförmig gekrümmter Abrisskante.
-
9 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Einlasskanals 1 mit einer in den Einlasskanal 1 hineinragenden radial asymmetrischen Abrisskante 10. Der Einlasskanal ist Teil eines Zylinderkopfes 2 einer Brennkraftmaschine und weist eine Einlasskrümmung 4 auf, der eine Krümmungsoberseite 5 und eine Krümmungsunterseite 6 aufweist. Der Einlasskrümmer 4 weist einen nahezu kreisförmigen Querschnitt mit einem Radius RE auf und geht in einen Einlassventilsitz 7 über. In einem minimalen Abstand a von dem Einlassventilsitz 7 von wenigen Millimetern ragt die radial asymmetrische Abrisskante 10 in den Einlasskanal 1 hinein, wobei der Abstand a 1 mm bis 5 mm beträgt. Die Abrisskante 10 bildet das untere Ende einer Rampe 8, welche einseitig auf der angeströmten Krümmungsoberseite 5 angeordnet ist. Die einseitig auf der Krümmungsoberseite 5 angeordnete Rampe 8 geht in die radial asymmetrisch angeordnete Abrisskante 10 am unteren Ende der Rampe 8 über. Dem Einlasskanal 1 ist das in üblicher Weise als nockenbetätigtes Hubventil ausgebildete Einlassventil 13 zugeordnet, das in 1 in einem geöffneten Zustand dargestellt ist. Im geschlossenen Zustand legt sich das Einlassventil 13 mit seiner Rückseite 14 eines Ventiltellers 15 dichtend gegen eine Sitzfläche 16 des Ventilsitzes 7 an.
-
Die in den Einlasskanal 1 einströmende Verbrennungsluft wird in dem Einlasskrümmer 4 umgelenkt und trifft dabei auf die Krümmeroberseite 5. An der Krümmungsoberseite 5 ist mit einer Spitze 9 die Rampe 8 angeordnet, die tromabwärts in die Abrisskante 10 übergeht, welche von der Krümmungsoberseite 5 aus in den Einlasskanal 1 hineinragt und Turbulenzen in der an der Abrisskante 10 vorbeiströmenden Verbrennungsluft erzeugt. Diese Turbulenzen verhindern die Ausbildung von Schleudereffkten in dem Luft/Kraftstoffgemisch in dem Brennraum 3. Die Dimensionen der Abrisskante 10 in Bezug auf Länge, Ausrichtung und Gestaltung mit Bezug auf die Rampe 8 können variieren.
-
In 2 wird die gleiche Ausführungsform wie in 1 gezeigt und die Position des Neigungswinkels β der Rampe 8 verdeutlicht. Unter diesem Neigungswinkel β zwischen 10° und 60° ragt in dieser Ausführungsform gemäß 1 die Rampe 8 in 2 stetig tiefer in den Einlasskanal 1 hinein und bildet eine geradlinige Kontur von der Spitze 9 bis zur Abrisskante 10 der Rampe 8 aus, die senkrecht zur Figurenebene verläuft.
-
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Einlasskanals 1 mit einer in den Einlasskanal hineinragenden radial asymmetrischen Abrisskante 1. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den 1 und 2 werden in dieser und den nachfolgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. In der Ausführungsform gemäß 3 weist die in den Einlasskanal 1 hineinwirkende Rampe 8 eine Rampenkrümmung 17 auf, die einen Krümmungsradius RK aufweist. Die Krümmung 17 beginnt an der Spitze 9 und endet mit der in den Einlasskanal 1 radial asymmetrisch hineinragenden Abrisskante 10. Durch diese Krümmung 17 wird die Wirkung der Abrisskante 10 verstärkt, da sie spitzer in den Einlasskanal 1 hineinragt als bei den vorhergehenden Ausführungsformen.
-
4 zeigt eine Prinzipskizze eines Einlasskanals 1 mit einem Ventilsitzring 12, der eine in den Einlasskanal 1 hineinragende Abrisskante 10 aufweist. Dabei umfasst der Ventilsitzring 12 die Sitzfläche 16 und einen darüber angebrachten Ansatz, der dem Bereich des Einlasskrümmers 4 am Übergang zum Ventilsitzen 7 entspricht und die Rampe 8 sowie die radial asymmetrische Abrisskante 10 umfasst.
-
5 zeigt mit den 5A und 5B einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A der 1 bis 4 eines Einlasskanals 1 mit geraden Abrisskanten 10. Die Abrisskante 10 in 5A ragt in den Einlasskanal 1 hinein und vermindert damit seine Querschnittsfläche geringfügig. Dabei bildet die Abrisskante 10 eine Kreissehne eines Kreissegmentes 11 mit einem Kreissegmentwinkel α von 60°. Durch Vergrößerung des Kreissegmentwinkels α auf 90°, wie es 5B zeigt, wird die Länge l der Abrisskante 10 vergrößert und die Querschnittsfläche des Einlasskanals 1 entsprechend verkleinert. Eine Möglichkeit, die Abrisskantenlänge l weiter zu vergrößern, ohne die Querschnittsfläche des Einlasskanals 1 weiter zu verkleinern zeigt die nachfolgende 6.
-
6 zeigt mit den 6A und 6B einen Querschnitt eines Einlasskanals 1 mit gekrümmten Abrisskanten 10. Die Abrisskantenkrümmung 18 weist einen Krümmungsradius RA auf, der größer als der Radius des Einlasskanals 1 ist. Der Kreissegmentwinkel α entspricht mit 90° dem Kreissegmentwinkel α in 5B, so dass vergleichsweise deutlich wird, dass zwar die Länge der Abrisskante 10 durch die Krümmung 18 vergrößert ist jedoch die Querschnittsfläche des Einlasskanals 1 weniger stark verkleinert ist. In 6B wird die Abrisskante 10 durch einen Krümmungsradius R'A gebildet, der dem Einlasskanalradius RE entspricht. Der Mittelpunkt MA des Krümmungsradius R'A ist jedoch gegenüber dem Mittelpunkt ME des Einlasskanal 1 verschoben. In diesem Fall der 6B kann sich die gekrümmte radial asymmetrische Abrisskante 10 bis zu 180° des Kreisumfangs des Einlasskanalquerschnitts erstrecken.
-
Bei stetigem Verringern des Kreissegmentwinkels α ragt eine gekrümmte radial asymmetrische Abrisskante 10 stetig geringer in den Einlasskanal 1 hinein. Wie 7 mit den 7A und 7B zeigt, kann das Hineinragen der Abrisskante 10 mit der Rampe bei relativ kleinen Kreissegmentwinkeln α dadurch vergrößert werden, dass konkav gekrümmten Abrisskanten 10 vorgesehen werden. Dazu wird der Mittelpunkt MA des Krümmungsradius R''A außerhalb der Einlasskanalfläche 1 angeordnet. Im Fall der 7A ist der Krümmungsradius R''A der Abrisskante 10 größer als der Radius des Einlasskanals RE. Dadurch wird die Länge der Abrisskante 10 geringfügig gegenüber einer geraden Abrisskante 10 vergrößert. Im Fall der 7B ist der Krümmungsradius R''A der Abrisskantenkrümmung 18 gleich dem Radius R''A des Einlasskanals 1, so dass die Länge der Abrisskante 10 bei gleichem Kreissegmentwinkel α bereits größer wird. Wenn der Krümmungradius R''A der Abrisskante 10 deutlich kleiner gewählt wird als der Radius RE des Einlasskanals 1, so kann die Länge der Abrisskante 10 und das Hereinragen derselben zusammen mit der Rampe beträchtlich vergrößert werden gegenüber einer geraden Abrisskante 10 beträchtlich vergrößert werden.
-
8 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Einlasskanals 1 mit kreisförmig gekrümmter Abrisskante 10. Die Abrisskante 10 in 8 ragt in den Einlasskanal 1 hinein und vermindert damit seine Querschnittsfläche geringfügig. Dabei bildet die Abrisskante 10 des Kreissegmentwinkels α eine Teilringfläche mit einer Teilringbreite RE – RA, wobei RE der Radius des Einlasskanals ist und RA der Radius des Kreissegmentes 11 mit einem Kreissegmentwinkel α von beispielweise 110°. Außerdem ist sind die Übergänge von dem Radius RA auf den Radius RE mit einem Abrundungsradius r = RE – RA abgerundet.
-
9 zeigt eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeugs 100 mit einem Antriebsstrang 105 wobei eine Ausgangswelle des Antriebsstrangs 105 mit einem Rad 106 des Kraftfahrzeugs 100 verbunden ist. Der Antriebsstrang 105 ist über eine Getriebe 104 mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors 10 verbunden, wobei der Verbrennungsmotor 10 einen Einlasskanal eines Zylinderkopfes 2 für einen Brennraum 3 aufweist. Der Einlasskanal 1 geht in einen Einlassventilsitz 7 über. Der Einlasskanal (1) weist oberhalb des Einlassventilsitzes 7 eine auf einer Krümmungsoberseite 5 einseitig angeordnete Rampe 8 auf, die in Strömungsrichtung zunehmend von der Krümmungsoberseite 5 aus in den Einlasskanal 1 hineinragt und an ihrem Ende in eine nach innen abstehende Abrisskante 10 übergeht.
-
Obwohl zumindest beispielhafte Ausführungsformen in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Einlasskanal
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Brennraum
- 4
- Einlasskrümmung
- 5
- Krümmungsoberseite
- 6
- Krümmungsunterseite
- 7
- Einlassventilsitz
- 8
- Rampe
- 9
- Spitze der Rampe
- 10
- Abrisskante
- 11
- Kreissegment
- 12
- Ventilsitzring
- 13
- Einlassventil
- 14
- Rückseite
- 15
- Ventilteller
- 16
- Sitzflächen
- 17
- Rampenkrümmung
- 18
- Abrisskantenkrümmung
- 19
- Kreissehne
- 100
- Kraftfahrzeug
- 101
- Verbrennungsmotor
- 104
- Getriebe
- 105
- Antriebsstrang
- 106
- Rad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
