DE2745540C2

DE2745540C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2745540C2
Application number: DE2745540A
Authority: DE
Inventors: Akiyoshi Hiroshima Kamimoto; Kingo Hiroshima Okitsu; Toshimitsu Yamaguchi Tanaka; Kazuhiro Yasumoto
Original assignee: Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1976-10-09
Filing date: 1977-10-10
Publication date: 1982-11-11
Also published as: GB1567812A; FR2367195A1; US4196703A; DE2745540A1; FR2367195B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Auslegung einer Hubkolbenbrenn* kraftmaschine mit zwei Teilkanälen, die durch eine bis in den Bereich eines Einlaßventils geführten Trennwand abgeteilt sind, ist aus der JP-OS 47,^1 504 bekannt, die der DE-OS 21 26 368 entspricht, Hierbei erfolgt jedoch die Unterteilung in zum Einlaßventil koaxialer Weise^ Für die Befestigung des Vom Zylinderkopf im Einlaßbereich des Einlaßventils getrennten Trennein-

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65 satzes sind jedoch solche Einrichtungen vorgesehen, daß der Trenneinsatz und die Trennwand sehr genau gefertigt werden müssen, was äußerst schwierig ist, um zwischen dem Einlaßventil und der Trennwand einen Spalt zu vermeiden. Durch die zum Einlaßventil koaxiale Unterteilung bilden sich beim Verlauf der Trennwand Eckabschnitte mit einem spitzen Winkel, die eine Zunahme des Strömungswiderstandes zur Folge haben. Da somit im Bereich des gesamten Ansaugkanals unterschiedliche Strömungswiderstände auftreten können, ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichmäßigen und gleichbleibenden Einlaßgeschwindigkeit im Bereich der Einlaßöffnung, die in die Brennkammern der Brennkraftmaschine mündet Diese ungleichmäßigen Einlaßgeschwindigkeiten führen zu ungleichmäßigen Verbrennungen in der Brennkammer der Brennkraftmaschine, so daß dieselbe ungleichmäßig läuft Auch ergeben sich hierbei Schwierigkeiten bei der Fertigung der Einlaßöffnung und von Bohrungen und Ausnehmungen zur Aufnahme der Ventilführungen und der Ventilsitzringe. Diese Bohrungen und Ausnehmungen zur Aufnahme der Ventilführungen und Ventilsitzringe werden üblicherweise über die bereits im Gußblock berücksichtigten Einlaßöffnungen bearbeitet Wenn die Trennwand aber mit dem Zylinderblock ein Stück bildet lassen sich diese Bearbeitungen nicht mehr ausgehend von djn Einlaßöffnungen vornehmen, sondern der Bearbeitungsablauf für die Ausbildung solcher Bohrungen oder Ausnehmungen muß bei der Herstellung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine umgestellt werden.

Aus der FR-PS 20 34 068 ist eine als Einsatz ausgebildete Leiteinrichtung bekannt die zusammen mit dem Ventilsitzring eine Einheit bildet Hierbei ergibt sich die Schwierigkeit daß der Ventilsitz zusammen mit der Leiteinrichtung sehr präzise und genau gefertigt sowie ein enger Toleranzbereich bei der Fertigung eingehalten werden muß, um sicherzustellen, daß die beiden in sich vereinigten Bauteile, Ventilsitzring und Leiteinrichtung, ihre Aufgaben und Funktionen erfüllen können.

Aus der US-PS 34 18 981 ist eine Auslegung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Unterteilungswand im Bereich des Einlaßventils einstückig mit dem Zylinderkopf ausgeführt ist Hierbei wird die Querschnittsfläche der Einlaßöffnung durch die Wandstärke der Trennwand verkleinert. Auch ist eine solche Ausbildung fertigungstechnisch kompliziert.

Aus der US-PS 36 78 905 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der an der Einlaßöffnung ein zylindrisches Trennrohr angeordnet ist, dessen Innenra'im mit dem zweiten Teilkanal in Verbindung steht. Der erste Teilkanal steht mit dem das Trennrohr umgebenden Bereich der Einlaßöffnung in Verbindung. Im niedrigen Drehzahlbereich wird das Gemisch dem Brennraum daher um den ganzen Umfang des Trennrohres zugeführt Auf diese Weise läßt sich zwar eine Trennung der beiden Teilkanäle im Bereich der Einlaßöffnung erzielen, jedoch kann dem Gemisch bei der Einleitung in den Brennraum kein ausreichend starker Drall erteilt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine hinsichtlich der Fertl· gung und Montage der Trennwand im Bereich des Einlaßventils zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in Untefänspfü-

chen wiedergegeben.

Nach der Erfindung ermöglicht der Trenneinsatz eine sektorielle Unterteilung des Ansaugkanals im Bereich der Einlaßöffnung. Diese sektorielle Unterteilung erfolgt hierbei in Verlängerung des ersten Teilkanals des Ansaugkanals, so daß der Strömungswiderstand in diesem Bereich herabgesetzt werden kann. Somit erzielt man gleichmäßige Strömungsverhältnisse gerade im Bereich der Einlaßöffnung der Brennkraftmaschine. Auch ist der Trenneinsatz bei der Erfindung sowohl unabhängig vom Zylinderkopf als auch vom Ventilsitzring ausgebildet, so daß der Trenneinsatz für sich gesondert gefertigt werden kann. Somit lassen sich die erforderlichen Bearbeitungen Ober die Einlaßöffnung wie üblich vornehmen, da der Trenneinsatz erst nach diesen Bearbeitungen eingesetzt werden kann. Um eine lagegerechte Ausrichtung des Trenneinsatzes zu gewährleisten, ist er einerseits über den Ventilsitzring und andererseits über die Trennwand befestigt Der Trenneinsatz wird bei der Montage eingelegt und allein durch das Einsetzen des Ventilsitzrings ist er in seiner bestimmungsgemäßen Lage ausgerichtet und festgelegt. Somit ist bei der Erfindung trotz der Tatsache, daß ein zusätzliches gesondertes Bauteil, der Trer.rceinsatz, vorgesehen ist, keine aufwendigere Montage als bisher erforderlich. Da bei der Erfindung der Trenneinsatz ein gesondertes Bauteil bildet, läßt er sich entsprechend den Anforderungen, die durch die Auslegung der Hubkolbenbrennkraftmaschine bedingt sind, ohne Schwierigkeiten abwandeln und an die jeweiligen Erfordernisse anpassen.

In Anspruch 2 ist die Geometrie einer Grundauslegungsform des Trenneinsatzes beschrieben, die insbesondere gleichmäßige Strömungsverhältnisse in den beiden Teilkanälen im Bereich der Einlaßöffnung gewährleistet

Die Ansprüche 3 bis 5 befassen sich mit bevorzugten Ausbildungsformen der Verbindung von Trenneinsatz und Ventilsitzring. In den Ansprüchen 3 und 4 sind hierbei formschlüssig^ Verbindungen angegeben, während im Anspruch 5 eine kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung beschrieben ist.

Der Anspruch 6 befaßt sich mit der Verbindung des Trenneinsatzes über die Trennwand im Ansaugkanal, wobei hierzu Nuten im Zylinderblock vorgesehen sind, die eine formschliissige Verbindung gewährleisten. Beim Anspruch 7 erfolgt die Verbindung mittels eines Vorsprunges am Trenneinsatz und eines Schlitzes im Zylinderblock.

Durch diese Auslegun<rsfomien der Verbindung des Trenneinsatzes über den Ventilsitz einerseits und über die Trennwand im Ansaugkanal andererseits wird ermöglicht, daß der Trenneinsatz von der Brennraumseite der Einlaßöffnung in ihren vorgesehenen Bereich eingeführt werden kann und dann in die vorgesehenen Verbindungseinrichtungen so einrastet, daß er zuverlässig lagegerecht ausgerichtet und festgehalten ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher e-Iäutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines Ansaugkanals, der in einen ersten und zweiten Teilkartal bis in den Bereich eines Einlaßventils unterteilt ist, wobei ein Trenneinsatz schematisch angedeutet ist,

Fig.2 eine Schnittansicht längs der Linie U-II in Fig. 1. _

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Trenneinsatzes.

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einus weiteren Trenneinsatzes,

Fig.5 eine Fig. 1 ähnliche Schnittansieht mit einem eingebauten Trenneinsatz nach F i g. 4,
Fig.6 eine Schnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Trenneinsatzes,

F i g. 8 eine F i g. 1 ähnliche Schnittansicht mit einem ίο eingebauten Trenneinsatz nach F i g. 7,

Fig.9 eine Schnittansicht längs der Linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Trenneinsatzes,
F i g. 11 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Trenneinsatzes, und

Fig. 12 eine Ausschnittsansicht der Trennwand, an

der der Trenneinsatz nach F i g. 11 befestigt werden soll.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Hubkolbenbrennkraftmaschine weist einen Zylinder C mit einer Zylinderbohrung B und einen an lern Zylinder C befestigten Zylinderkopf 3 auf. Im Zylinder C ist ein Hubkolben P hin- und herbewegbar, der in der Zylinderbohrung B eine Brennkammer 8 begrenzt. Der Zylinderkopf 3 ist mit einer Einlaßöffnung 9 vergehen, die eine Umfangswandung 14 besitzt, sowie mit einer _% Auslaßöffnung 17. An der Einlaßöffnung 9 ist ein Einlaßventil 10 vorgesehen, dessen Ventilschaft 10a in einer Ventilschaftführung 10ό geführt ist Die Einlaßöffnung 9 ist mit einem Ventilsitzring lä versehen, an dem das Einlaßventil 10 in seiner Schließstellung anliegt.

Ir. dem Zylinderkopf 3 ist der Ansaugkanal der Hubkolbenbrennkraftmaschine in einen ersten Teilkanal 1 und einen zweiten Teilkanal 2 durch eine bis in den Bereich des Einlaßventils 10 geführte Trennwand 4 abgeteilt, die beide über die gemeinsame, mittels des Einlaßventils 10 zu öffnende und schließbare Einlaßöffnung 9 in die Brennkammer 8 münden. Ein mit 4a bezeichnetes Ende der Trennwand 4 befindet s^;ch im Bereich der Einlaßöffnung 9. während das andere Ende 4b der Trennwand 4 in Form einer mit ihr fluchtenden Trennwand 6 fortgesetzt ist, die im Ansaugkanal 5 ausgebildet ist. Der Ansaugkanal 5 ist an dem Zylinderkopf 3 befestigt.

An der Einlaßöffnung 9 ist an dem Zylinderkopf 3 ein Trenneinsatz 12 befestigt, der eine an die Trennwand 4 anschließende Trennwand bildet und beispielsweise aus gepreßtem Stahlblech bestehen kann. Der Trenneinsatz 12 hat gemäß F i g. 3 einen im Querschnitt halbkreisförmigen mittleren Teil 12a, der den Ventilschaft 10a umgibt. Der Trenneinsatz 12 hat ferner auf entgegengesetzten Seiten des mittleren Teils 12a zwei flügeiförmig ausgebildete Ansätze 12i> und 12c mit oberen Rändern i?c/ir<d Seitenrändern 12e und 12/! Die Seitenränder 12e und 12/"sind in einer Nut 4c in der Trennwand 4 und in einer Nut 13 in 'jer Einlaßöffnung 9 aufgenommen. Die oberen Ränder 12c/ der Trennplatte 12 greifen an dem Ende 4a der Trennwand 4 an. An den oberen Rändern 12c/ entgegengesetzten Enden sind die Seitenränder 12eund 12/des Trenneinsatzes 12 bei 12g· und 12/? abgeschnitten, so daß der Trenneinsate 12 über dem Ventilsitzring 15 befestigt ist. Zum Anbringen des Trenneinsatzes 12 werden die Seitenränder 12e und 12/" in die Nuten 4c und 13 eingeführt und danach wird der Ventilsitzring 15 eingesetzt, der dann den Trenneinsatz 12 festlegt

Der Trenneinsatz 12 teilt den Gesamtquerschnitt des Ansaugkanals im Bereich der Einlaßöffnung 9 sektoriell

• in zwei Teilkanäle 9a und 9b, die mit den beiden Teilkanälen 1 und 2 in Verbindung stehen. Der Teilkanal 9a hat eine kleinere Querschnittsfläche als der Teilkanal 9b, weil in der dargestellten Atisführungsform die Ansätze i2b und 12c einen Winkel von beispielsweise 120 bis 150° zueinander einschließen.

Gemäß Fig. 1 ist der erste Teilkanal 1 mit einer in dem Ansaugkanal 5 angeordneten Drosselklappe Ta und der zweite Teilkänal 2 mit einer Drosselklappe TZj Versehen. Die Drosselklappe Tb in dem zweiten Teilkanal 2 ist im unteren Drehzahlbereich der Hubkolbenbrennkraftmaschine geschlossen und nur im oberen Drehzahlbereich offen, so daß im Leerlauf und im unteren und oberen Drehzahlbereich nur der erste Teilkanal 1 durchströmt wird. Da der Teilkanal 9a im Querschnitt relativ klein ist, tritt das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit hoher Geschwindigkeit in die Brennkammer 8 ein.

Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird im Teilkanal 9a zuerst von dem profilierten hinteren Teil des Einlaßventils 10 und dann von der Wandung der Zylinderbohrung B geführt, so daß es in Umfangsrichtung des Zylinders strömt und einen starken Drall erhält.

Nach F i g. 2 ist der untere Rand 12/des Trenneinsatzes 12 zu dem profilierten hinteren Teil des Einlaßventils 10 komplementär ausgebildet. Der untere Rand 12/ des Trenneinsatzes 12 befindet sich bei geschlossenem Einlaßventil 10 sehr nahe bei diesem. Zweckmäßigerweise ist bei geschlossenem Einlaßventil 10 ein Spalt zwischen diesem und dem oberen Rand 12/ des Trenneinsatzes 12 vorhanden, der eine Breite von 0,5 mm bis 1,0 mm hat

Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Trenneinsatzes 20. Der Trenneinsatz 20 hat einen im Querschnitt halbkreisförmigen mittleren Teil 20a, der dem mittleren Teil 12a des Trenneinsatzes 12 nach den F i g. 1 bis 3 entspricht. Der Trenneinsatz 20 besitzt ferner zwei flügeiförmig ausgebildete Ansätze 206 und 20c mit oberen Rändern 2Od und Seitenrändern 2Oe und 20/ An den Rändern 2Oe und 20/der Ansätze 20b, 20c hat der Trenneinsatz 20 Vorsprünge 20^· und 20Λ, an denen ein Ring 21 angeschweißt ist.

In den Fig.5 und 6 ist der Trenneinsatz 20 in die Hubkolbenbrennkraftmaschine eingebaut und ist durch den Ventilsitzring 15 und den Ring21 festgelegt.

Als eine weitere Ausführungsform eines insgesamt mit 30 bezeichneten Trenneinsatzes weist auch F i g. 7 einen im Querschnitt kreisförmigen mittleren Teil 30a S und zwei flügeiförmig ausgebildete Ansätze 36b und 30c auf. Der Ansatz 306 hat einen Seitenrand 3Od, der unter Bildung einer Lippe 3Oe auswärtsgebogen ist. Der Ansatz 30c hat einen Seitenteil 30/ an den eine bogenförmig gekrümmte Wand 30g anschließt, die sich zu dem Ansatz 306 hin erstreckt, an einem Seitenrand 30/ endet und in ihrem oberen Teil unter Bildung eines schrägen oberen Randes 3Oy abgeschnitten ist

In den Fig.8 und 9 ist der Trenneinsatz 30 in die Hubkolbenbrennkraftmaschine eingebaut und drehfest angeordnet, indem die Lippe 3Oe an dem benachbarten Ende 4b der Trennwand 4 angreift Die bogenförmige Wand 30g greift unter leichter elastischer radialer Verformung an dem Ventilsitzring 15 an, so daß der Trenneinsatz 30 zuverlässig festgelegt ist.

In Fig. 10 ist ein insgesamt mit 40 bezeichneter Trenneinsatz gezeigt, der einen im Querschnitt halbkreisförmigen mittleren Teil 40a und zwei flügeiförmig ausgebildete Ansätze 406 und 40c mit oberen Rändern 4Od und Seitenrändern 4Oe und 40/ hat. Die unteren Teile der Seitenränder 4Oe und 40/sind bei 40g und 40Λ weggetrhnitten. Nach F i g. 10 sind die Seitenränder 4Oe und 40/wellenförmig ausgebildet. Der Trenneinsatz 40 wird ähnlich wie in den Fig. 1 und 3 mit seinen wellenförmig ausgebildeten Seitenrändern 4Oe und 40/ in entsprechende Nuten in der Wandung der Einlaßöffnung 9 und der Trennwand 4 im Zylinderkopf 3 eingeführt Da die Seitenränder 4Oe und 40/wellenförmig ausgebildet sind, ist der Trenneinsatz 40 spielfrei festgelegt

Der in den F i g. 11 und 12 gezeigte Trenneinsatz 50 ist ähnlich wie der Trenneinsatz 12 nach den F i g. 1 bis 3 ausgebildet Der Trenneinsatz 50 besitzt aber einen zungenförmigen Vorsprung 51, der zweckmäßigerweise einen Fortsatz des mittleren Teils 50a bildet Die

■to Trennwand 4 ist an ihrem Ende 46 mit einem Schlitz 52 versehen, in den der zungenförmige Vorsprung 51 des Trenneinsatzes 50 eingreift. Der Trenneinsatz läßt sich beispielsweise durch Anschweißen oder Anschrauben am Zylinderkopf 3 befestigen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Ansaugkanal, der in einen ersten und einen zweiten Teilkanal durch eine bis in den Bereich eines Einlaßventils geführten Trennwand abgeteilt ist, die beide über eine gemeinsame mittels des Einlaßventils zu öffnende und schließbare Einlaßöffnung in die Brennkammer münden, wobei der zweite Teilkanal wenigstens im niedrigen Drehzahlbereich verschließbar ist und wobei die beiden Teilkanäie im Bereich des Einlaßventils mittels eines gehäuseunabhängigen Trenneinsatzes voneinander abgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (12,20,30,40,50) den Gesamtquerschnitt des AnsaugkanaJs sektoriell unterteilt und dieser einerseits über den Ventilsitzring (15) und andererseits über die Trennwand (4b) im Ansaugkanal befestigt ist

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nsch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (12,20,30,40,50) aus einem im Querschnitt halbkreisförmigen mittleren Teil (12a, 20a, 30a, 40a, 5OaJ, der den Schaft (iOa) des Einlaßventils (10) umgibt, und zwei flügelförmig ausgebildeten Ansätzen (126. 12c; 206. 20c; 30b, 30c; 406, 40c; 506, 5OcJ besteht, die einen stumpfen Winkel von vorzugsweise 120—150° zueinander einschließen.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dad'irch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (12, 20,30,40,50) an dem Ventilsitzring (15) mit einem ausgeschnittenen Teil (i2g, YIh; ...) angreift (F i g. 1—3).

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (20) mit einem an dem Ventilsitzring (15) angreifenden Ring (21) versehen ist (F i g. 4).

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (30) eine bogenförmig gekrümmte Wand (3Qg) besitzt, die sich in Umfangsrichtung erstreck* und unter elastisch radialer Verformung in die Innenumfangsfläche des Ventilsitzrings (15) eingreift (F i g. 8 und 9).

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flügelförmig ausgebildeten Ansätze (12£>, 12cjdes Trenneinsatzes (12) in zugeordnete Nuten (4c) am Zylinderblock eingreifen.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenneinsatz (50) wenigstens einen Vorsprung (51) besitzt, der in einen zugeordneten Schlitz (52) des Zylinderblocks eingreift (F i g. 11 und 12).