DE2637985A1

DE2637985A1 - Einrichtung zur erzeugung einer drallbewegung der zylinderladung fuer eine ventilgesteuerte kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2637985A1
Application number: DE19762637985
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Ing Schroeder
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1976-08-24
Filing date: 1976-08-24
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2637985C3; FR2362997A1; DE2637985B2; US4151816A; CH622584A5; DK142090C; NL183204B; GB1583580A; DK142090B; NL7709053A; JPS6017922B2; DK371877A; JPS5341626A; BR7705623A; IT1079830B; FR2362997B1; NL183204C

Description

Maschinenfabrik Augsburg-lNürnberg Aktiengesellschaft 8900 Augsburg, Stadtbachstraße 1

P. B. 2887/1301 Augsburg, den 20. August 1976

Einrichtung zur Erzeugung einer Drallbewegung der Zylinderladung für eine ventilgesteuerte

Kolbenbrennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Drallbewegung der Zylinderladung für eine ventilgesteuerte Kolbenbrennkraftmaschine, die einen im Einlaßkanal oberhalb des Ventilsitzes vorgesehenen, Drall erzeugenden Einsatz aufweist.

Eine derartige, aus der deutschen Auslegeschrift 1 904 378 bekannte Einrichtung weist eine etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Ladeluft in den Einlaßkanal hineinragende sichelförmige Blende auf. Diese Anordnung weist zwar gegenüber anderen bekannten Mitteln zur Erzeugung einer Drallbewegung der Ladeluft Vorteile auf. Im Vergleich zu Schirmventilen gestattet sie eine Drehung des Ventiles bei jedem Hub. Im Vergleich mit Drall bildenden, etwa spiralförmig

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gekrümmten Einlaßkanälen führt sie zu einem wesentlich einfacher gestalteten Zylinderkopf. Die Anwendung einer derartigen Blende im Einlaßkanal bewirkt jedoch eine Drosselung und führt daher zu einem niedrigen Durchflußbeiwert. Bei Volllast liegt also die der Brennkraftmaschine zuführbare Frischluftmenge merklich unter der Menge, die durch einen Einlaßkanal ohne drosselnde Mittel hindurchströmen kann. Das bedeu« tet bei sonst gleichen Verhältnissen eine Verkleinerung der möglichen Höchstleistung der Brennkraftmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchflußbeiwert einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Einsatz mehrere, sich von der Wand des Einlaßkanals radial nach innen erstreckende, zur Ventillängsachse geneigt verlaufende Leitschaufeln umfaßt. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht durch die Drallbildung nicht nur in allen Lastbereichen eine gute Verbrennung, sondern erlaubt auch mit einer im Vergleich zur vorbekannten Einrichtung größeren Höchstleistung zu fahren. Außerdem kann sie auch nachträglich in bereits konstruierte Brennkraftmaschinen eingebaut werden.

Vorteilhaft ist der Einsatz in einem in Richtung der Ventillängsachse verlaufenden, unmittelbar über dem Ventilsitz befindlichen Abschnitt des Einlaßkanals angeordnet. Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Maßnahmen mit einem gegebenen Satz von Leitschaufeln ein größtmöglicher Drall erzeugt werden kann.

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Um die Durchflußverluste so klein wie möglich zu halten, soll der Schaufeleinlaufabschnitt etwa in Richtung der zuströmenden Ladeluft verlaufen. Ein ausreichender Drall bei geringen Strömungsverlusten läßt sich dann erreichen, wenn der Schaufelaustritts abschnitt etwa unter einem Winkel von 20 bis 40° zu einer senkrecht zur Ventillängsachse gelegten Ebene verläuft.

Es hat sich weiterhin ergeben, daß ein ausreichender Drall bei gutem Durchflußbeiwert dann erreicht werden kann, wenn das Verhältnis der Sehnenlänge jeder Leitschaufel zur Schaufeltei« lung 0, 8 bis 1, 2 beträgt.

Vorzugsweise sind die Schaufeln gleichmäßig über den Innenumfang des Einlaßkanals verteilt. Diese Ausführung ist insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit nur einem Einlaßventil vorteilhaft.

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlaßventil sind gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung nur entlang eines Teiles des Innenumfanges jedes Teileinlaßkanals Leitschaufeln vorgesehen. Diese Schaufeln sind vorzugsweise derart angeordnet, daß ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlaßkanal benachbarten Außenbereich des Zylinderraumes leiten. Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, daß die durch die beiden Einlaßventile in den Zylinderraum gelangenden Luftströme sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen, so daß sich im Zylinderraum eine resultierende Drallbewegung der gesamten Ladeluft ergibt.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

In dieser zeigt

Figur 1 einen Schnitt durch einen mit der er

findungsgemäßen Einrichtung versehenen Einlaßkanal in schematischer Darstellung,

Figur 2 eine Ansicht der Einrichtung nach

Figur 1 von oben,

Figur 3 eine Teilabwicklung des beschaufelten Ka

nals nach Figur 1 und 2 in vergrößertem Maß« stab,

Figur 4 einen Schnitt durch einen erfindungsge

mäß en Einsatz,

Figur 5 die Anordnung der Leitschaufeln bei einer

Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei Einlaß« ventilen in einer der Figur 2 entsprechenden Darstellung und

Figur 6 eine zu Figur 5 alternative Leitschaufelan«

Ordnung in gleicher Darstellung.

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Bei einer Anordnung gemäß Figur 1 und 2 sind der Einlaßkanal insgesamt mit 1 und das Einlaßventil insgesamt mit 2 bezeichnet. Der Einlaßkanal 1 weist oberhalb eines Ventilsitzes 3 für einen Teller 4 des Einlaßventiles 2 einen in Richtung der Ventillängsachse A-A verlaufenden Einlaßkanalabschnitt 5 auf. In den Einlaßkanalabschnitt 5 ist ein Tragring 6 eingesetzt. Der Tragring 6 weist mehrere sich in Richtung von der Wand des Einlaßkanalabschnitts 5 radial nach innen erstreckende, zur Ventillängsachse A-A geneigt verlaufende, leicht gebogene Leitschaufeln 7 auf. Der Tragring 6 bildet zusammen mit den Leitschaufeln 7 einen Einsatz. Wie sich aus Figur 2 ergibt, führt der Einlaßkanal 1 in einen Zylinderraum 8.

Insbesondere Figur 3 läßt erkennen, daß die Leitschaufeln 7 in konstanter Stärke χ ausgeführt sind. Sie können auch nach Art eines Tragflügels profiliert sein. Dabei läuft der Einlaufabschnitt 7 a jeder Leitschaufel 7 etwa in der mit dem Pfeil a bezeichneten Zuströmrichtung der Ladeluft aus, um den Widerstand auf der Einlaufseite der Laufschaufeln so gering wie möglich zu halten. Der Einlauf abschnitt 7 a kann jedoch auch unter einem kleinen Winkel gegenüber der Zuströmrichtung a geneigt verlaufen. Der Austrittsabschnitt 7 b verläuft unter einem Winkel OC von 30° zu einer senkrecht zu der angedeuteten Ventillängsachse A-A gelegten Ebene 9. Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, den Winkel OC in der Größenordnung zwischen 20 und 40° zu wählen, um einerseits eine ausreichende Umlenkung der Ladeluft zu erhalten, andererseits aber den Durchflußwiderstand möglichst klein zu halten. Weiterhin beträgt das Ver-

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hältnis der Sehnenlänge s jeder zwischen Einlauf- und Austritts« abschnitt absatzlos gebogen verlaufenden Leitschaufel 7 zur Schau« felteilung t 1,2. Dieses Verhältnis sollte innerhalb eines Bereiches von 0,8 bis 1,2 gewählt werden. In einem derart gewählten Bereich ergibt sich einerseits ein ausreichend starker Drall, andererseits wird der Durchflußbeiwert noch hoch gehalten. Dem gleichen Ziel dient es, das Verhältnis des freien Innendurchmessers d zwischen den Schaufelinnenkanten zum Innendurchmesser D des Tragringes 6 zwischen 0, 5 und 0, 7 zu wählen. Hierdurch kann ein hinreichend großer Teil der durch den Einlaßkanal 1 strömenden Ladeluft zur Drallbildung umgelenkt werden, während ein weiterer im mittleren Bereich des Einlaßkanals 1 strömender Teil der Ladeluft weitgehend verlustfrei in den Zylinderraum 8 eintreten kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist in einer Eindrehung 10 in einem in Richtung der Ventillängsachse A-A verlaufenden Einlaßkanalabschnitt 18 eines Einlaßkanales im Ventilkorb für ein Einlaßventil 12 ein Tragring 13 eingesetzt, dessen Unterkante unmittelbar an einemVentilsitzring 14 anliegt. Der Tragring 13 ist mit mehreren Leitschaufeln 15 versehen, von denen nur zwei dargestellt sind. Die Leitschaufehi 15 sind beispielsweise durch Schweißen fest mit dem Tragring 13 verbunden. Der Tragring 13 bildet mit den Leitschaufeln 15 wiederum einen Einsatz. Da bei einer bestimmten Ausbildung des Einsatzes der im Zylinderraum erreichte Drall um so größer ist, je näher der Einsatz zum Zylinderraum hin angeordnet ist, ist die Unterbringung des Einsatzes unmittelbar vor dem Ventilsitz« ring 14 besonders günstig.

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Der Tragring 13 und die Leitschaufeln 15 bilden wiederum einen Einsatz, der durch zwei Schrauben 16 in seiner Lage gegenüber dem Einlaßkanal 11 festgelegt ist. Die Schrauben 16 durchsetzen dabei je eine Ausnehmung 17 in der Wandung des Einlaßkanals Ii und sind mit ihren Enden in den Tragring 13 eingeschraubt. Wird die Ausnehmung 17 größer als der Durchmesser der Schraube 16 gewählt, so besteht bei dieser Anordnung die Möglichkeit, den Tragring 13 in einem gewissen Bereich um die Ventillängsachse A-A zu drehen. Hierdurch können die Leitschaufeln 15 so eingestellt werden, daß sich im Zylinderraum der optimale Drall ergibt. Diese Möglichkeit ist insbesondere für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaßventilen pro Zylinder von Interesse. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Leitschaufeln einstückig mit dem Einlaßkanal, beispielsweise durch Gießen, herzustellen.

Figur 5 zeigt eine Brennkraftmaschine, bei der zwei Einlaßventile pro Zylinder vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung verzweigt sich ein Einlaßkanal 20 in zwei Teileinlaßkanäle 21, 22, die zu je einem Einlaßventil führen. In jedem der beiden Teileinlaßkanäle 21, 22 ist ein Tragring 23, 24 vorgesehen, der wiederum mehrere gleich ausgebildete und in gleichen Abständen angeordnete Leitschaufeln 25, 26 trägt. Die Anordnung und Ausgestaltung der Leitschaufeln 25, 26 entspricht dem in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die beiden Reihen der Leitschaufeln 25, 26 sind darüber hinaus so angeordnet, daß sie den beiden Ladeluftteilmengen Drallbewegungen aufzwingen, die, wie die Pfeile b zeigen, gleichen Drehsinn aufweisen und aus denen

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sich im Zylinderraum. 27 ein in Richtung des Pfeiles c verlaufender Gesamtdrall bildet. Mit dieser Anordnung läßt sich im Zylinder» raum 27 ein maximaler Drall erzeugen.

Es hat sich herausgestellt, daß häufig auch ein geringerer Drall im Zylinderraum ausreicht. In einem derartigen Fall kann der Tragring 24 mit den Leitschaufeln 26 weggelassen werden, so daß lediglich die durch den kürzeren Teileinlaßkanal 21 strömende Luft in eine Drallbewegung versetzt wird.

Eine andere Möglichkeit zeigt Figur 6. Hier verzweigt sich wie« derum ein Einlaßkanal 30 in zwei Teileinlaßkanäle 31, 32. In jedem der beiden Teileinlaßkanäle ist je ein Tragring 33, 34 vorgesehen. Jeder der beiden Tragringe 33, 34 weist jedoch nur über einen Teil seines Umfanges Leitschaufeln 35, 36 auf. Dabei sind die Leitschaufeln 35, 36 derart angeordnet, daß ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlaßkanal benachbarten Außenbereich 37 bzw. 38 des Zylinderraumes 39 umlenken. Dabei sind die Leitschaufeln 35, 36 wiederum so angeordnet, daß sie den durch die beiden Teileinlaßkanäle 31, 32 strömenden Mengen der Ladeluft, wie durch die Pfeile e angedeutet, jeweils in gleicher Richtung verlaufende Drallbewegungen aufzwingen, aus denen sich ein resultierender, in Richtung des Pfeiles f drehender Gesamtdrall im Zylinderraum 39 ergibt. Ferner leitet zweckmäßig die letzte Leitschaufel 35 a bzw. 36 a die Ladeluft etwa tangential in den unmittelbar benachbarten Außenbereich des Zylinderraumes 39, wie durch die Pfeile g angedeutet ist.

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Im Vergleich zur Anordnung nach Figur 5 kann mit dieser Aus·· gestaltung ein noch größerer resultierender Drall im Zylinderraum erreicht werden. Dabei wird sogar der Durchflußbeiwert noch besser.

Die Erfindung ist, wie die Figurenbeschreibung zeigt, nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

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L e e r s e i ί e

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Erzeugung einer Drallbewegung der Zylin» derladung für eine ventilgesteuerte Kolbenbrennkraftmaschine, die einen im Einlaßkanal oberhalb des Ventilsitzes vorgesehenen, Drall erzeugenden Einsatz aufweist, dadurch gekenn·· zeichnet, daß der Einsatz (6, 7, 13, 15, 23, 25, 24, 26, 33, 35, 34, 36) mehrere, sich von der Wand des Einlaßkanals (5, Ii, 21, 22, 31, 32} radial nach innen erstreckende, zur Ventillängsachse (A-A) geneigt verlaufende Leitschaufeln (7, 15, 25, 26, 35, 36) umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6, 7, 13, 15) in einem in Richtung der Ventil« längsachse (A-A) verlaufenden, unmittelbar über dem Ventilsitz (3, 14) befindlichen Einlaßkanalabschnitt (5, 18) angeord« net ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (6, 7, 13, 15) einen an der Wand des Einlaßkanals (5, 11) festgelegten Tragring {6, 13) mit daran befestigten Leitschaufehl (7, 15) umfaßt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz einstückig mit der Wand des Einlaßkanals hergestellt ist.

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- yd ~

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (7) konstante
Stärke (x) haben.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufabschnitt (7 a) jeder Leitschaufel (7) etwa in Richtung der zuströmenden Ladeluft verläuft.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritts abschnitt (7 b) jeder Leitschaufel (7) unter einem Winkel von 20 bis 40° zu einer senkrecht zur Ventillängsachse (A-A) gelegten Ebene (9)
verläuft.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Sehnenlänge (s) jeder Leitschaufel (7) zur Schaufelteilung (t) 0,8 bis i, 2 beträgt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers (d) zwischen den Innenkanten der Leitschaufeln (7) zum Innendurchmesser (D) des Tragrings (6) 0, 5 bis 0, 7 beträgt.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (7, 15, 25, 26) gleichmäßig über den Innenumfang des Einlaßkanals (i, ii, 2i, 22) verteilt sind.

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11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlaßventil nur entlang eines Teiles des Innenumfanges jedes Teileinlaßkanals (31, 32) Leitschaufeln (35, 36) vorgesehen sind.

12. Einrichtung nach Anspruch Ii, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (35, 36) derart angeordnet sind, daß ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlaßkanal benachbarten Außenbereich (37, 38) des Zylinderraumes (39) leiten.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich« net, daß die letzte Leitschaufel (35 a, 36 a) der Schaufelreihe eines Teileinlaßkanales (31, 32) die Ladeluft etwa tangential in den unmittelbar benachbarten Außenbereich (37, 38) des Zylinderraumes (39) leitet.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlaßventil und unterschiedlich langen Teileinlaß« kanälen nur in den kürzeren Teileinlaßkanälen Leitschaufeln vorgesehen sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlaßventil die Leitschaufeln (25, 26) in den Teileinlaßkanälen (21, 22) derart angeordnet sind, daß die durch« tretenden Ladeluftteilmengen gleichen Drehsinn aufweisen.

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