DE2908293C2

DE2908293C2 - Einlaßkanal für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2908293C2
Application number: DE2908293A
Authority: DE
Inventors: Franz Ing.(grad.) 6800 Mannheim Beringer; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Blank
Original assignee: Motoren Werke Mannheim Ag Vorm Benz Abt Stationaerer Motorenbau 6800 Mannheim; Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1979-03-03
Filing date: 1979-03-03
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2450950A1; DE2908293A1; ES489145A1; BR8001234A

Description

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. ^M

b) Die — in Richtung der Einlaßventilachse gesehen — außerhalb des rotationssymmetrischen Teils (16) verlaufende Außenkontur der ersten Einlaufpartie (17) verläuft an der dem Zylinderumfang (19) benachbarten Außenseite (20) mit größerem Abstand von diesem als an der Zylinderachse (7) benachbarten Innenseite (21).

c) Die von der Außen- und der Innenseite (20,21) der ersten Einlaufpartie (17) begrenzten Strö- «> mungswege verlaufen — in Richtung der Einlaßventilachse (13) gesehen — ausgehend von dem Kanal (i\ 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 ■- ν Oberragende 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 Ventilführungsbutzen (24) — von dem Kanal (1) ausgehend — zunächst zum Zylinderumfang (19) hin gewandt bis zur Innenseite (21) der ersten Einlaufpartie (17) hin umlauft

e) Die dem Ventilsitz (9) entfernte, von der sich anschließenden Decke (26) des Kanals (1) ausgehende, zum Ventilsitz (9) hin wendelförmig abfallende. Begrenzung (25) der zweiten Einlaufpartie (18) verläuft 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 Obergang vom Kanal (1) zur ersten Einlaufpartie (17) senkrecht zur Skelettlinie (28) durch die erste Einlaufpartie (17) gelegter Schnitt (VH-VH) ergibt eine Querschnittsfläche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventiiachse (13) kleiner ist als senkrecht dazu.

g) Ein am Übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartie (18) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegter Schnitt (VI-VI) ergibt eine Querschnittsflädie, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse (13) größer ist als senkrecht dazu.

h) Eine zweite Tangente (33), die in der Schnittfläche am Obergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartie (18) an die Skelettlinie (28) gelegt ist, schneidet — in Richtung der Einlaßventiiachse (13) gesehen — die über die Einlaßventiiachse (13) hinaus verlängerte Verbindungslinie (12) in einem Punkt (34), der dem Zylinderumfang (19) näher liegt als der Einlaßventiiachse (13).

i) Der Kanal (I) verläiKl — 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 (α) von etwa 10° 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, dadurch gekennzeichnet daß die am Übergang vom Kanal (1) zur zweiten Einlaufpartie (18) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegte Querschnittsfläche (entsprechend VI-VI) größer ist als die am Übergang vom Kanal (1) zur ersten Einlauf partie (17) senkrecht zur Skelettlinie (28) gelegte Querschnittsfläche (entsprechend VIl-VII)ISt

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

Ein derartiger aus der DE-AS 12 91945 bekannter Einlaßkanal ist so ausgestaltet daß die Drallerzeugung

im wesentlichen nach dem Prinzip der Tangentialeinströmung erfolgt. Pas 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 gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß eine Drehbewegung ι ο der Verbrennungsluft beim Einlaßhub im Zylinder eines Dieselmotors erzeugt wird, die eine im Hinblick auf mittleren effektiven Druck, Brennstoffverbrauch und Abgasrauch optimale Mischung des eingespritzten Brennstoffs mit der Verbrennungsluft ergibt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Wesentlich ist, daß durch die erfindungsgemäßen Merkmale ein Spiralkanal aufgebaut wird, der hohe Drall Verhältnisse ncJn (hd = Dralldrehzahl; π = Motordrehzahl) von 3,2 bis 3,6 erreicht Diese Drallwerte streuen unabhängig von fertigungsbedingten Abweichungen nur wenig, was für eine stöoingsfreie Großserienfertigung von großer Bedeutung ist Diese günstigen Drallverhältnisse ergeben zusammen 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 dem letzten Merkmal des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und des Merkmals h), die Ausbauchung der Ventilkammer nach den Merkmalen b) und c) und der flache Verlauf des Kanals nach dem Merkmal i) bedeutsam. Versuche haben gezeigt daß bei hohen Kolbengeschwindigkeiten, bei denen der spezifische Brennstoffverbrauch normalerweise hoch liegt sich ein spezifischer Brennstoffverbrauch von 230 g/kWh ergibt, der als niedrig für einen Fahrzeugdieselmotor mit 10 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.

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

Durch die Maßnahmen nach dem Patentanspruch 2 werden die Drallverhältnisse noch weiter verbessert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt

Fig.I einen Schnitt durch einen Einlaßkanal gemäß der Erfindung längs der Schnittlinie I-1 in F i g. 2,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Schnittlinie H-II in F ig. 1,

Fig.3 eine Ansicht des als Körper dargestellten &o Einlaßkanals in Richtung des Pfeiles III in F i g. 4,

Fig.4 eine Ansicht des als Körper dargestellten Einlaßkanals in Richtung des Pfeils IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Schnittlinie V-V in F i g. 2,

F i g. 6 einen Schnitt durch den als Körper dargestellten Einlaßkanal längs der Schnittlinie VI-VI ir· F i g. 3 und 4 und

F i g. 7 einen Schnitt durch den als Körper dargestellten Einlaßkanal längs dsr 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 I erstreckt sich von einer Eintrittsöffnung 3. in einer Seitenwand 4 des nur angedeuteten Zylinderkopfes 5 eines Dieselmotors, Die Ventilkammer 2 führt dann bis zu einem außermittig zur Zylinderachse 7 eines Zylinders 8 im Zylinderkopfboden R angeordneten Ventilsitz 9 eines Einlaßventils 10.

Der als sogenannter Drallkanal ausgebildete Einlaßkanal erstreckt sich, aus F i g. 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 Reihenanordnung der Zylinder und zwei Ventilen pro Zylinder übliche Ausführung.

Die dem Ventilsitz 9 vorgeordnete Ventilkammer 2 besteht aus einem an den Ventilsitz.; angrenzenden, zur Einlaßventilachse 13 rotationssymmeu-ischen Teil 16 und einer ersten Einlaufpartie 17 und einer zweiten Einlaufpartie 18. Die beiden Einlaufpartien 17, 18 schließen sich an den Kanal 1 an, wobei die erste Einlaufpartie 17 in den rotationssymmetrischen Teil 16 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 Außenkontur der ersten Einlaufpartie 17 verläuft, in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen, außerhalb des rotationssymmetrischen Teils 16 der Ventilkammer 2, und zwar an der dem Umfang 19 des Zylinders 8 benachbarten Außenseite 20 mit größerem Abstand von diesem Teil 16 als an der der Zylinderachse 7 benachbarten Innenseite 21 der Außenkontur der ersten Einlaufpartie 17. Die von der Außenseite 20 und der Innenseite 21 der ersten Einlaufpartie 17 begrenzten Strömungswege laufen — in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen — von dem Kanal 1 ausgehend, beidseitig um den rotationssymmetrischen 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 Ventilführungsbutzens 24 näher liegt als dem Ventilsitz 9, die zweite Einlaufpartie 18 an, die den Ventilführungsbutzen 24, von dem Kanal 1 ausgehend, zunächst zum Zylinderumfcng 13 des Zylinders 8 hingewandt bis zur Innenseite 21 der ersten Einlaufpartie 17 umläuft Die dem Ventilsitz 9 abgewandte bzw. am weitesten entfernt liegende Begrenzung 25 der zweiten Einlaufpartie 18 verläuft wendelförmig, von der sich anschließenden bzw. vorausgehenden Decke 26 des Kanals 1 ausgehend, in Richtung auf den Ventilsitz hin abfallend, zu einer benachbarten Stelle 27, an der die beiden Einlaufpartien 17,18 ineinander sowie in den Kanal 1 übergehen.

Der Kanal I folgt einer Skelettlinie 28, die sich, in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen, von der Seitenwand 4 ausgehend, zunächst der Mittelsenkrechten 11 nähert und im weiteren Verlauf einen Bogen in Richtung auf den Zylinderumfang 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 VIIVII ergibt eine Querschnittsfiüche, deren Erstreckung in Richtung der Einlaßventilachse 13 kleiner ist als senkrecht dazu, wie aus F i g. 7 erkennbar ist.

Ein am Beginn der zweiten Einlaufpartie 18. d. h. am Ende des zugeordneten Bereichs 30 des Kanals 1, senkrecht zur Skelettlinie 28 durch die zweite Einlaufpartie 18 gelegter Schnitt Vl-Vl 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 F i g. 7.

Eine erste Tangente 31, die in der Schnittfläche gemäß F i g. 7 am Beginn der ersten Einlaufpartie 17 an die Skelettlinie 28 gelegte dritte Tangente 35 unter einem Winkel α von etwa 10° zu einer senkrecht zur Einlaßventilachse 13 liegenden Ebene 36 auf einem 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 200 mm verstanden, der im Grenzfall also auch eine gerade Linie sein kann. Der Winkel α hat eine Toleranz von ± 5°.

ίο Als Skelettlinie 28 wird im vorsiehenden Zusammenhang der geometrische Ort der Mittelpunkte aller in den Kanal 1 einbeschriebenen Kreise verstanden, die in senkrecht zur Linlaßventilachse 13 verlaufenden Ebenen liegen, die durch den Kanal 1 jeweils an seiner

r> breitesten Stelle gelegt sind. Der Abschnitt der Skelettiinie 28, an dem die Tangenten 33 und 35 gelegt sind, verläuft durch den Flächenschwerpunkt 38 der Schnittfläche gemäß F i g. 6. Der Abschnitt der Skelettlinie 28. an den die Tangente 31 gelegt ist, verläuft durch

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der Einlaßventilachse 13 gesehen — die über diese Einlaßvenlilachse 13 hinaus verlängerte Verbindungslinie 12 in einem Punkt 32, der der Einlaßventilachse 13 näher liegt als dem Zylinderumfang 19 des Zylinders 8. Eine zweite Tangente 33, die in der Schnittfläche gemäß Fig. 6 an die Skelettlinie 28 gelegt ist. schneidet — in Richtung der Einlaßventilachse 13 gesehen — die über diese Einlaßventilachse 13 hinaus verlängerte Verbindungslinie 12 in einem Punkt 34, der dem Zylinderumfang 19 des Zylinders 8 näher liegt als der Einlaßventilachse 13.

Der Kanal I verläuft — senkrecht /in Einlaßventilachse 13 und zur Mittelsenkrcchtcn It gesehen — zum Zylinderkopfboden 6 hin geneigt in einem flachen Bogen, wobei eine in der Schnittfläche nach Fig. 6 an /(I UCII Γ latMCinCIIWCI 1>UIIM J3 UC

Fig. 7.

Der hier beschriebene Einlaßkanal wirkt mit einer konzentrisch zur Zylinderachse 7 oder leicht gegenüber dieser Zylinderachse 7 versetzten, rotationskörperför·

2ϊ migen, im Kolben 40 liegenden Brennraummulde 41 zusammen, in die mehrere, vorzugsweise vier, leicht schräg abwärts gerichtete Brennstoffstrahlen 42 zielen, die von einer konzentrisch oder leicht exzentrisch zur Brett,«; aummulde 41 bzw. Zylinderachse 7 im Zylinder-

3n kopfboden 6 angeordneten Einspritzdüse 43 ausgehen und auf die Seitenwände der Brennraummulde 4J auftreffen. Der j-hirchmesser der Brennraummulde 411 ist wesentlich kleiner als der Durchmesser des Zylinders 8. Der Kolben 40 tritt im oberen Totpunkt dicht an den

Zylinderkopfboden 6 heran. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

29QS293 Patentansprüche:

1. Einlaßkanal für Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesejmaschinen, mit unmittelbarer Brennstoffeinspritzung und Drehbewegung der Verbrennungsluft im Zylinder, der aus einem Kanal und einer sich daran anschließenden Venjilkammer 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 erreicht ist, '5 wobei dem Ventilsitz die Ventilkammer yorgeordnet 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 Ventilkammer, in Richtung der Einlaßventiiachse gesehen, die innenkontur des Ventilsitzes bildet, wobei der Kanal einer Skelettlinie folgt, die sich in Richtung der Einlaßventilachse gesehen, von der Seitenwand ausgehend, zunächst der Mittelsenkrechten nähert und im weiteren Verlauf einen Bogen in Richtung auf den Zylinderumfang hin macht, wobei die Außenkontur des dem Ventilsitz benachbarten Einlaufbereiches — in Richtung der Einlaßventilachse gesehen - an der dem Zylinderumfang benachbarten Außenseite außerhalb Jes rotationssymmetrischen Teils verläuft, wobei die dem Ventils!·', entfernte Begrenzung des Einlaufbereiches von der Decke des Kanals ausgehend zum Ventilsitz hip wendelförmig abfällt und wobei eine erste Tangente, die in der Schnittfläche am Übergang vom Kanal zum Einlaufbereich an die Skelettlinie gelegt ist — in Richtung der Einlaßventilachse gesehen — die über die Einlaßventilachse hinaus verlängerte Verbin- «o dungslinie in einem Punkt schneidet, der der Einlaßventilachse näher liegt als dem Zylinderumfang, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

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