DE2908293A1

DE2908293A1 - Einlasskanal fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2908293A1
Application number: DE19792908293
Authority: DE
Inventors: Franz Ing Grad Beringer; Hans-Juergen Dipl Ing Blank
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1979-03-03
Filing date: 1979-03-03
Publication date: 1980-09-04
Also published as: ES489145A1; FR2450950A1; BR8001234A; DE2908293C2

Description

PA FEMTaMWaLTE
DIPL-ING. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL.-ING. DR. M. RAU

D-8500 NORNDERG ESSENWEINSTRASSE 4-6 TELEFON 0911/20 37 27 TELEX 06/23135

Nürnberg, o2„o3.1979 18/48

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ Abt= stat. Motorenbau, Carl-Benz-Straße 5, 68oo Mannheim 1

''Einlaßkanal für Brennkraftmaschinen"

Die Erfindung betrifft einen Einlaßkanal für Brennkraftmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Ein derartiger aus der DE-PS 12 91 945 bekannter Einlaß' kanal ist so ausgestaltete· daß die Drallerzeugung im wesentlichen nach dem Prinzip der Tangentialeinströitmng erfolgt» Das Grundproblem bei diesem bekannten Einlaßkanal besteht darin, daß in Abhängigkeit von unvermeidbaren Fertigungsungenauigkeiten die Drallwerte erheblich streuen, was zu sehr unterschiedlichen Gemischbildungen mit allen sich daraus ergebenden Nachteilen führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einlaßkanal geraäß dem Oberbegriff des Patentanspruches so auszugestalten, daß eine Drehbewegung der Verbrennungsluft, beim Einlaßhub im Zylinder eines Dieselmotors erzeugt wird, die eine im Hinblick auf mittleren effektiven Druck, Brennstoffverbrauch und Abgas-

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rauch optimale Mischung des eingespritzten Brennstoffs mit der Verbrennungsluft ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Wesentlich ist, daß durch die erfindingsgemäßen Merkmale ein Spiralkanal aufgebaut wird/ der hohe Drallverhältnisse (n_D/n) (η_β = Dralldrehzahl; η = Motordrehzahl) von 3,2 bis 3,6 erreicht. Diese Drallwerte streuen unabhängig von fertigungsbedingten Abweichungen nur wenig, was für eine störungsfreie Großserienfertigung von großer Bedeutung ist. Diese günstigen Drallverhältnisse ergeben im Verein mit einer entsprechenden Einspritzdüse eine sehr gute Gemischbildung, die zu einem mittleren effektiven Druck von 7,5 bis 8 bar bei einem Abgasrauchwert von ca. 3 Bosch-Einheiten führt. Für die Spiralausbildung sind insbesondere die Richtungen der Tangenten nach den Merkmalen h) und i) , die Ausbauchung der Ventilkammer nach den Merkmalen b) und c) und der flache Verlauf des Kanals nach dem Merkmal j) bedeutsam. Versuche haben gezeigt, daß bei hohen Kolbengeschwindigkeiten, bei denen der spezifische Brennstoffverbrauch normalerweise hoch liegt, sich ein spezifischer Brennstoffverbrauch von 23o g/kWh ergibt, der als niedrig für einen Fahrzeugdieselmotor mit 1o m/s Kolbengeschwindigkeit anzusehen ist.

Der erfindungsgemäße Einlaßkanal kann in Einzelzylinderköpfen von Dieselmotoren mit Reihenanordnung der Zylinder und sehr kleinem Zylinderabstand zusammen mit Kühlmittelwegen untergebracht werden, die für eine wirksame Kühlung ausreichend sind.

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Die Luftdurchflußwerte des erfindungsgemäßen Einlaßkanals sind sehr günstig mit 92 bis 93 % bei mittleren Kolbengeschwindigkeiten von 6 bis 8 m/s, d« h. in einem Bereich_f in dem Pahrzeugdieselmotoren ihr höchstes Drehmoment abgeben sollen»

Durch die Maßnahmen nach dem Patentanspruch 2 werden die Drallverhältnisse noch weiter verbesserte

Weitere Vorteile 12nd Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Äusführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Pig. 1 einen Schnitt durch einen Einlaßkanal gemäß der Erfindung längs der Schnittlinie I—X in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Schnittlinie XI-II in Fig. -1 ,

Fig« 3 eine Ansicht des als Körper dargestellten Einlaßkanals in Richtung des Sichtpfeiles XII in Fig. 4,

Fig. 4 eine Ansicht des als Körper dargestellten Einlaßkanals in Richtung des Sichtpfeils XV in■ Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Schnittlinie V-V in Fig, 2,

Fig. 6 einen Schnitt durch den als Körper dargestellten Einlaßkanal längs der Schnittlinie VI-VI in Fig. 3 und 4 und

Fig. 7 einen Schnitt durch den als Körper dargestellten Einlaßkanal längs der Schnittlinie VII-VII in Fig. 2, 3 und 4.

Der in der Zeichnung dargestellte Einlaßkanal besteht aus einem Kanal 1 und einer Ventilkammer 2. Der Kanal 1 erstreckt sich von einer Eintrittsöffnung 3 in einer Seitenwand 4 des nur angedeuteten Zylinderkopfes 5 eines Dieselmotors. Die Ventilkammer 2 führt dann his zu einem außermittig zur Zylinderachse 7 eines Zylinders 8 im ZyIInderkopfboden 6 angeordneten Ventilsitz 9 eines Einlaßventiles 1o.

Der als sogenannter Drallkanal ausgebildete Einlaßkanal erstreckt sich, aus Fig. 2 und 4 erkennbar, etwa entlang einer Mittelsenkrechten 11, die auf einer Verbindungslinie 12 zwischen der Einlaßventilachse 13 und der Auslaßventilachse 14 eines in Fig. 2 nur angedeuteten Auslaßventils 15 errichtet ist. Diese Kanalführung ist die bei Dieselmotoren mit JReihenanord-=- nung der Zylinder und zwei Ventilen pro Zylinder übliche Ausführung.

Die dem Ventilsitz 9 vorgeordnete Ventilkammer 2 besteht aus einem an den Ventilsitz 9 angrenzenden, zur Einlaßventilachse 13 rotationssymmetrischen Teil und einer ersten Einlaufpartie 17 und einer zweiten Einlaufpartie 18. Die beiden Einlaufpartien 17, 18

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schließen sich an den Kanal 1 an^ wobei die erste Einlaufpartie 17 in den rotationssymmetrischen Teil übergeht^ während die zweite Einlaufpartie 18 in die erste Einlaufpartie 17 übergeht. Der rotationssymmetrische Teil 16 bildet, in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen,, die Innenkontur des Ventilsitzes 9«

Die Äußenkontur der ersten Einlaufpartie 17 verläuft, in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen, außerhalb des rotationssymmetrischen Teils 16 der Ventilkaiffiner 2_B und zwar an der dem Umfang 19 des Zylinders benachbarten Außenseite 2o mit größerem Abstand von diesem Teil 1 β als an der der Zylinderachse 7 benachbarten Innenseite 21 der Außenkontur der ersten Einlaufpartie 17 - Die von der Außenseite 2o und der Innen·" seite 21 der ersten Einlauf partie 17 begrenzten Strö-^ mungswege laufen - in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen - von dem Kanal 1 ausgehend, beidseitig um den rotafcionssymmetrischen Teil 16 und treffen in einer leichten Ausbauchung 22 zusammen, die der Einmündung des Kanals 1 in die Ventilkammer 2 in etwa gegenüberliegt= Diese Ausbauchung 22 stellt eine den rotationssymmetrischen Teil 16 am weitesten nach außen überragende Stelle der ersten Einlaufpartie 17 dar«

An die erste Einlaufpartie 17 schließt sich in einem Bereich, der der Stirnseite 23 eines Ventilführungsbutsens 24 näher liegt als dem Ventilsitz 9, die zweite Einlaufpartie 18 an_f die den Ventilführungsbufczen 24? von dem Kanal 1 ausgehende zunächst zum üisfang 19 des Zylinders 8 hingewandt , bis zur Innen-

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seite 21 der ersten Einlaufpartie 17 umläuft. Die dem Ventilsitz 9 abgewandte bzw. am weitesten entfernt liegende Begrenzung 25 der zweiten Einlaufpartie verläuft wendelförmig, von der sich anschließenden bzw. vorausgehenden Decke 26 des Kanals 1 ausgehend, in Richtung auf den Ventilsitz hin abfallend, zu einer Stelle 27, an der die beiden Einlaufpartien 17, 18 ineinander sowie in den Kanal 1 übergehen.

Der Kanal 1 folgt einer Skelettlinie 28, die sich, in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen, von der Seitenwand 4 ausgehend, zunächst der Mittelsenkrechen nähert und im weiteren Verlauf einen Bogen in Richtung auf den Umfang 19 des Zylinders 8 hin macht.

Ein am Beginn der ersten Einlaufpartie 17, d. h. am Übergang des zugeordneten Bereichs 29 des Kanals 1 in diese Einlaufpartie, senkrecht zur Skelettlinie 28 durch die erste Einlaufpartie 17 gelegter Schnitt VII-VII ergibt eine Querschnittsfläche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse 13 kleiner ist als senkrecht dazu, wie aus Fig. 7 erkennbar ist.

Ein am Beginn der zweiten Einlaufpartie 18, d. h. am Ende des zugeordneten Bereichs 3o des Kanals 1, senkrecht zur Skelettlinie 28 durch die zweite Einlaufpartie 18 gelegter Schnitt VI-VI ergibt eine Querschnittsfläche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse 13 größer ist als senkrecht dazu, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche nach Fig. 6 größer als die Querschnittsfläche nach Fig. 7.

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Eine erste Tangente 31, die in der Schnittfläche gemäß Fig. 7 am Beginn der ersten Einlaufpartie 17 an die Skelettlinie 28 gelegt ist, schneidet - in Richtung der Exnlaßventilachse 13 gesehen - die über diese Einlaßventxlachse 13 hinaus verlängerte Verbindungslinie 12 in einem Punkt 32, der der Exnlaßventilachse 13 näher liegt als dem Umfang 19 des Zylinder 8. Eine zweite Tangente 33, die in der Schnittfläche gemäß Fig» 6 an die Skelettlinie 28 gelegt ist, schneidet - in Richtung der Einlaßventxlachse 13 gesehen - die über diese Einlaßventxlachse 13 hinaus verlängerte Verbindungslinie 12 in einem Punkt 34, der dem Umfang 19 des Zylinders 8 näher liegt als der Exnlaßventilachse

Der Kanal 1 verläuft - senkrecht zur Exnlaßventilachse und zur Mittelsenkrechten 11 gesehen - zum Zylinderkopfboden δ hin geneigt in einem flachen Bogen, wobei eine in der Schnittfläche nach Fig» 6 an die Skelettlinie gelegte dritte Tangente 35 unter einem Winkel ¹^A von etwa 1o° su einer senkrecht zur Exnlaßventilachse 13 liegenden Ebene 36 auf einen Punkt 37 zielt, der in der Nähe der Ebene der Stirnseite 23 des Ventilführungsbutzens 24 liegt» Unter einem flachen Bogen wird in diesem Zusammenhang ein Bogen mit einem Radius größer 2oo mm verstanden, der im Grenzfall also auch eine gerade Linie sein kann. Der Winkel °^ hat eine Toleranz von — 5 .

Als Skelettlinie 28 wird im vorstehenden Zusammenhang der geometrische Ort der Mittelpunkte aller in den Kanal 1 einbeschriebenen Kreise verstanden, die in

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senkrecht zur Einlaßventilachse 13 verlaufenden Ebenen liegen,die durch den Kanal 1 jeweils an seiner breitesten Stelle gelegt sind. Der Abschnitt der Skelettlinie 28, an dem die Tangenten 33 und 35 gelegt sind, verläuft durch den Plächenschwerpunkt 38 der Schnittfläche gemäß Fig. 6. Der Abschnitt der Skelettlinie 28, an den die Tangente 31 gelegt ist, verläuft durch den Flächenschwerpunkt 39 der Schnittfläche gemäß Fig. 7.

Der hier beschriebene Einlaßkanal wirkt mit einer konzentrisch zur Zylinderachse 7 oder leicht gegenüber dieser Zylinderachse 7 versetzten, rotationskörperförmigen, im Kolben 4o liegenden Brennraummulde 41 zusammen ; in die mehrere, vorzugsweise vier, leicht schräg abwärts gerichtete Brennstoffstrahlen 42 zielen, die von einer konzentrisch oder leicht exzentrisch zur Brennraummulde 41 bzw. Zylinderachse 7 im Zylinderkopfboden 6 angeordneten Einspritzdüse 43 ausgehen und auf die Seitenwände der Brennraummulde 41 auftreffen. Der Durchmesser der Brennraummulde 41 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Zylinders 8. Der Kolben 4o tritt im oberen Totpunkt dicht an den Zylinderkopfboden 6 heran.

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Claims

PATE^TaNWÄITE
DIPL-JNG. H. STEHMANN DIPL-PHYS. DR. K. SCHWEINZER DIPL-ING. DR. M. RAU

D-0500 Nürnberg essenweinstrasse4-<s telefon 0911/203727 telex οί/23135

Nürnberg, o2.o3.197 9 18/48

MOTOREN-WERKE MANNHEIM AG, vorm. BENZ Abt, stat. Motorenbau, Carl-Benz-Straße 5, 6800 Mannheim 1

Ansprüche

Einlaßkanal für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmaschinen, mit unmittelbarer Brennstoffeinspritzung und Drehbewegung der Verbrennungsluft im Zylinder, der aus einem Kanal und einer sich daran anschließenden Ventilkammer besteht und sich von einer in einer Seitenwand des Zylinderkopfes liegenden Eintrittsöffnung zu einem außermittig im Zylinderkopfboden liegenden Ventilsitz, in Richtung der Einlaßventilachse gesehen, etwa entlang einer Mittelsenkrechten erstreckt, die auf einer Verbindungslinie zwischen der Einlaßventilachse und der Achse eines Auslaßventils errichtet ist, wobei dem Ventilsitz die Ventilkammer vorgeordnet ist, die aus einem an den Ventilsitz angrenzenden, zur Einlaßventilachse rotationssymmetrischen Teil und einem sich an den Kanal anschließenden Einlaufbereich besteht, wobei der rotationssymmetrische Teil der ¥enti!kammer, in Richtung der Einlaßventilachse gesehen, die Innenkontur des Ventilsitzes bildet und wobei der Kanal einer Skelettlinie folgt,, die sich in Richtung der Einlaßventilachse gesehen, von der Seitenwand ausgehend,, zunächst der Mittelsenkrechten nähert und im

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weiteren Verlauf einen Bogen in Richtung auf den Zylinderumfang hin macht, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Der Einlaufbereich besteht aus einer ersten Einlaufpartie (17) und einer in diese übergehenden zweiten Einlaufpartie (18), wobei sich beide Einlaufpartien (17, 18) an den Kanal (1) anschließen.

b) Die Außenkontur der ersten Einlaufpartie (17) verläuft - in Richtung der Einlaßventilachse (13) gesehen - außerhalb des rotationssymmetrischen Teils (16), und zwar an der dem Zylinderumfang (19) benachbarten Außenseite (2o) mit größerem Abstand von diesem als an der der Zylinderachse (7) benachbarten Innenseite (21) .

c) Die von der Außen- und der Innenseite (2o, 21) der ersten Einlaufpartie (17) begrenzten Strömungswege verlaufen - in Richtung der Einlaßventilachse (13) gesehen - ausgehend von dem Kanal (1), beidseitig um den rotationssymmetrischen Teil (16) und treffen in einer leichten Ausbauchung (22) zusammen, die der Einmündung des Kanals (1) in die Ventilkammer (2) etwa gegenüberliegt und die den rotationssymmetrischen Teil (16) am weitesten radial überragende Stelle der ersten Einlaufpartie (17) darstellt.

d) An die erste Einlaufpartie (17) schließt sich in einem Bereich, der der Stirnseite (23) des Ventilführungsbutzens (24) näher liegt als dem Ventilsitz (9) , die zweite Einlaufpartie (18) an, die den Ventil-

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führungsbutzen (24) - von dem Kanal (1) ausgehend — zunächst zum Zylinderumfang (19) hin gewandt bis zur Innenseite (21) der ersten Einlaufpartie (17) hin umläuft.

e) Die dem Ventilsitz (9) entfernte Begrenzung (25) der zweiten Einlaufpartie (18) verläuft wendelförmig, von der sich anschließenden Decke (26) des Kanals

(1) ausgehend, zum Ventilsitz (9) hin abfallend, zu einer der Mittelsenkrechten (11) benachbarten Stelle (27), an der die beiden Einlaufpartien (17, 18) ineinander sowie in den Kanal (1) übergehen.

f) Ein am Übergang vom Kanal (1) zur ersten Einlaufpartie (17) senkrecht zur Skelettlinie (28) durch die erste Einlaufpartie (17) gelegter Schnitt (VII-VII) ergibt eine Querschnittfläche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse (13) kleiner ist als senkrecht dazu.

c[)_ Ein am übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpar— tie (18) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegter Schnitt (VI-VI) ergibt eine Querschnittfläche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse (13) größer ist als senkrecht dazu.

h) Eine erste Tangente (31), die in der Schnittfläche am übergang vom Kanal (1) zur ersten Einlaufpartie (17) an die Skelettlinie (28) gelegt ist, schneidet - in Richtung der Einlaßventilachse (13) gesehen — die über die Einlaßventilachse (13) hinaus verlängerte Verbindungslinie (12) in einem Punkt (32), der der Einlaßventilachse (13) näher liegt als dem Zylinderumfang (19) .

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i) Eine zweite Tangente (33), die in der Schnittfläche am Übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartei (18) an die Skelettlinie (28) gelegt ist, schneidet - in Richtung der Einlaßventilachse (13) gesehen - die über die Einlaßventilachse (13) hinaus verlängerte Verbindungslinie (12) in einem Punkt (34), der dem Zylinderumfang (19) näher liegt als der Einlaßventil-achse (13).

j) Der Kanal (1) verläuft - senkrecht zur Einlaßventilachse (13) und zur Mittelsenkrechten (11) gesehen zum Zylinderkopfboden (6) geneigt in einem flachen Bogen, wobei eine in der Schnittfläche am Übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartie (18) an die Skelettlinie (28) gelegte dritte Tangente (35) unter einem Winkel (*^ ) von etwa io° zu einer senkrecht zur Einlaßventilachse (13) verlaufenden Ebene (36) auf einen Punkt (37) zielt, der in der Nähe der Ebene der Stirnseite (23) des Ventilführungsbutzens (24) liegt.
2. Einlaßkanal nach Anspruch 1 _t dadurch gekennzeichnet, daß die am übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartie (18) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegte Querschnittsfläche (entsprechend VI-VT) etwas größer ist als die am ÜBergang vom Kanal (1) zur ersten Einlaufpartie (17) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegte Querschnittsfläche (entsprechend VII-VII) ist.

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