DE3020517A1

DE3020517A1 - Vorrichtung zum ableiten der zum auspuff hin stroemenden verbrennungsprodukte in einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3020517A1
Application number: DE19803020517
Authority: DE
Inventors: Walter A Brighton; David A Ruthmansdorfer; John H Stang
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1980-12-18
Also published as: KR830002986A; DE3020517C2; GB2052632B; US4343268A; BR8003306A; IN154185B; JPS6123380B2; JPS569637A; KR840000712B1; GB2052632A

Description

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HOEGER, STELLREChT & PARTNER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c · D 70O0 STUTTGART 1

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A 44 166 m Anmelder: Cummins Engine Company, Inc.

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28. Mai 198o Columbus, Indiana 472o1

U.S.A.

Beschreib-ung :

Vorrichtung zum Ableiten der zum Auspuff hin strömenden Verbrennungsprodukte in einem Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ableiten der zum Auspuff hin strömenden Verbrennungsprodukte in einem Verbrennungsmotor mit einem ersten und einem zweiten, jeweils über einen separaten Ventilschaft betätigten Tellerventil, die durch gleichzeitiges Freigeben zweier Auslaßöffnungen zwei im wesentlichen in einer ersten Richtung parallel zueinander verlaufende Auspuffgasströmungen ausbilden.

In erster Linie hat es die Erfindung mit Verbrennungskraftmaschinen zu tun, insbesondere bezieht sich die Erfindung dabei auf energiesparende Auspuffeinrichtungen bei turbogeladenen Dieselmotoren.

Es ist zur Erzielung eines Betriebs von Verbrennungskraftmaschinen mit gutem, energiesparendem Wirkungsgrad erwünscht, Vorkehrungen im Maschinenaufbau zu treffen, die es ermöglichen, daß das größtmögliche Strömungsvolumen in die Verbrennungskammern ein- und aus diesen wieder herausgeführt wird, und zwar mit einem minimalen Verlust an Strömungsenergie. Andere betriebsmäßige Zielsetzungen können dabei jedoch bei der Erreichung dieses Zieles Kompromisse erforderlich machen. So ist es bei-

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spielsweise manchmal notwendig, eine schlechtere als die optimale, verlustarme Strömung in der Einlaßleitung zu akzeptieren, um eine bessere Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu begünstigen. An der Auslaßseite wird eine derartige Forderung nicht gestellte Dort soll der Mediumstrom aus den Verbrennungskammern heraus normalerweise so glatt und gleichmäßig als möglich sein, um die maximale Energie im Auspuffmedium aufrechtzuerhalten, insbesondere dann, wenn die Auspuffgase dazu ausgenutzt werden, einen Turbolader für den Verbrennungsmotor anzutreiben. Die doppelte Auslaßöffnung, bestehend aus zwei einzelnen Auslaßöffnungen, wie sie allgemein benutzt wird, um eine maximale Ausflußkapazität zu vermitteln, erhöht dabei die Schwierigkeit, eine Strömung mit geringen Verlusten im Auspuffkanal zu erhalten, da die beiden in den Auslaßöffnungen vorgesehenen Ventile notwendigerweise zwei separate Mediumströmungen erzeugen, welche bei ihrer Wiedervereinigung zu MischungsVerlusten führen. Zu höheren Strömungsverlusten tragen ferner die Ventilschäfte der üblichen Auslaßventile bei, von denen normalerweise einer innerhalb des stromabwärts gerichteten Fließweges der Auspuffgase gelegen ist.

Bei einem Versuch, eine wirksamere Übertragung des Auspuffmediums in Motoren mit doppelten Auslaßventilen zu erreichen, wurde bereits vorgeschlagen, Leitflächen in den Auspuffkanälen anzuordnen, um eine gleichmäßigere Strömung zu erhalten. So zeigt beispielsweise die US-PS 35 9o 797 einen Zylinderkopf mit zwei durch einen Strömungsteiler getrennten Auslaßöffnungen, wobei der Strömungsteiler kurz vor der stromaufwärts gelegenen Kante der Führung und des Schaftes des zweiten Auslaßventils endigt. Eine Konstruktion dieser Art erstreckt sich jedoch bezüglich der Auslaßventile nicht weit genug stromabwärts, um das ursprüngliche Mediumvolumen und den Druck aufrechtzuerhalten oder eine gleichmäßige Strömung hervorzurufen, wie sie zur Vermeidung von Energieverlusten wesentlich ist. Wenn der Strömungsteiler sich weiter stromabwärts erstrecken würde, ergäbe sich eine erhöhte Gefahr einer thermischen

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Ermüdung, die möglicherweise zu einem Versagen der Konstruktion führen würde. Daneben ist die Bearbeitung eines solchen Strömungsteilers schwierig und kostspielig, wenn ein Durchlaß für das zweite Auslaßventil und dessen Schaft durch den verlängerten Strömungsteiler geschaffen werden soll. Die Anordnung eines längeren Ströiaungsteilers würde weiterhin das Gießverfahren des Motorkopfes komplizieren, da es die Verwendung von Formkernen erforderlich machen würde, die über die gesamte Länge des Strömungsteilers hinweg voneinander getrennt sind.

In der US-PS 34 38 198 ist eine Auspuffleitung beschrieben, in welcher zwei Mediumteilströmungen zu einem einzigen Mediumstrom vereinigt werden. Die hierzu verwendete Führungskonstruktion begünstigt jedoch kein gleichmäßiges Fließen des Mediums, da die Konstruktion in Kombination mit mehreren zu ihr und zur Auspuffleitung gehörenden Einrichtungen so ausgerichtet ist, daß sie eine Turbulenz im Mediumstrom begünstigt, um hierdurch eine vollständige Verbrennung der Auspuffprodukte zu begünstigen. Selbst wenn dabei die der Strömungsführung dienende Konstruktion ohne Einrichtungen zur Erzeugung einer Turbulenz offenbart wäre, würde sie sich nicht ausreichend weit bezüglich der Auslaßöffnungen stromabwärts erstrecken, um das erwünschte, im wesentlichen glatte, gleichmäßige und energieerhaltende Fließen der Verbrennungsprodukte zu vermitteln.

Es ist ferner bekannt, den Mediumstrom in den Zylinder, ausgehend von einer einzigen Strömung, in zwei oder mehr Strömungen aufzuspalten, vgl. beispielsweise die US-PS'en 23 18 914, 38 61 376 und 38 74 357. Diese Druckschriften zeigen alle Anordnungen zur Aufspaltung eines Mediumstromes, die in erster Linie dazu dienen, eine Turbulenz in dem Medium zu erzeugen, wenn dieses in den Zylinder eintritt, um auf diese Weise eine wirksamere und gleichförmigere Luft-Kraftstoff-Mischung herzustellen. In keiner dieser Druckschriften geht es jedoch um die Regulierungsbedingungen

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eines Mediumstromes, um eine gleichmäßige, energieerhaltende Strömung im Zylinder-Auslaßkanal oder in den Auslaßleitungen zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Ableiten oder Umlenken der Auspuffgasströmung in einem Verbrennungsmotor vorzuschlagen, welche die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik überwindet und ein optimales Ausströmen aus den Zylinder-Auslaßöffnungen des Motors begünstigt, so daß im Auspuffmedium die maximal mögliche Energie erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) einen an die Auslaßöffnungen anschließenden und bis hinter den Schaft des zweiten Ventils reichenden Auslaßkanal zur Aufnahme und Zusammenführung der beiden Gasströmungen und zur Umlenkung der zusammengeführten Strömungen in eine Bahn, die in einer von der ersten verschiedenen, zweiten Richtung verläuft und den Schaft des zweiten Ventils in einem in Strömungsrichtung hinter dem ersten Ventil gelegenen Punkt schneidet;

b) eine im Auslaßkanal gelegene, mit dessen Innenwand einstückige, als Strömungsieitflache dienende Zwischenwand, welche die beiden Gasströmungen in die zweite Richtung umlenkt, parallel zueinander führt und bis zu ihrer Zusammenführung im wesentlichen getrennt hält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung bestehen im folgenden: die erfindungsgemäße Konstruktion läßt sich leicht und kostensparend herstellen. Sie nimmt zwei Mediumströme aus den beiden Zylinder-Auslaßöffnungen auf und bildet zwei im wesentlichen gleichmäßige Gasströmungen aus, welche durch die Vorrichtung auf zueinander parallelen Bahnen zu einer Stelle geführt werden, die

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im wesentlichen in Strömungsrichtung hinter den Auslaßventilen liegt. An dieser Stelle vereinigen sich die beiden Teilströmungen und bilden einen einzigen, aus dem Zylinder herausfließenden Mediumstrom aus.

Die erfindungsgemäße, der Strömungsleitung dienende Anordnung erstreckt sich bis hinter das stromabwärts gelegene Auslaßventil einer Doppel-Ventilanordnung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermittelt ausreichenden Freiraum zwischen dem Ventilschaft eines zweiten Auslaßventils und einer Leitfläche, ohne daß dabei exne besondere Bearbeitung erforderlich ist. Gleichzeitig werden dabei diejenigen Verluste vermieden, die auf den sogenannten "Vorderkanteneffekt" zurückgehen.

Die erfindungsgemäße Leitvorrichtung lenkt die Gasströmungen in der gewünschten Weise um, ohne daß dabei das Gieß- oder Bearbeitungsverfahren der Vorrichtung wesentlich kompliziert würde.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Auslaßkanal für einen Verbrennungsmotor geschaffen, der sich ausgehend von zwei Zylinder-Auslaßöffnungen stromabwärts erstreckt. Die Auslaßöffnungen sind durch eine als Strömungsieit- oder Führungsfläche dienende Zwischenwand getrennt, die sich über eine beträchtliche Entfernung bis hinter das zweite Auslaßventil erstreckt. Die Zwischenwand enthält einen mittigen Schlitz, der in der Nähe des zweiten Ventils beginnt und dessen Ventilschaft ausreichenden Freiraum bietet. Der Schlitz erstreckt sich stromabwärts über den verbleibenden Teil der Z.wischenwand. Diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Zwischenwand begünstigt das Aufrechterhalten des ursprünglichen Fließvolumens und des ursprünglichen Druckes der Auspuffgase sowie ein gleichmäßiges Strömungsverhalten, wie es zur Erzielung geringer EnergieVerluste wesentlich ist. Darüber hinaus erleichtert die Ausbildung der Zwischenwand mit einem zentralen, an das stromabwärts gelegene Auslaßventil angepaßten

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Schlitz das Gießen der Anordnung und führt zu einer Auspuffkanalkonstruktion/ die einer geringeren thermischen Ermüdung unterliegt und daher zuverlässiger als bisher verfügbare Konstruktionen arbeitet. Die Leitfläche oder der Strömungsteiler, wie er bei an sich bekannten Konstruktionen erforderlich ist, sowie die Strömungsverluste, welche sich aus dem "Vorderkanteneffekt" eines den Ventilschaft umgebenen, ausreichend großen Loches ergeben, werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eliminiert.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht des Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotores mit erfindungsgemäß gestaltetem Auslaßkanal;

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht wie in Fig. 1 ohne Ventile;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Auslaßkanals entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 3.

Auf der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1, ist ein Auslaßkanal 8 mit erfindungsgemäßer Konfiguration dargestellt. Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, werden zunächst diejenigen Teile des Verbrennungsmotors kurz beschrieben, welche in Fig. 1 dargestellt sind. Fig. 1 zeigt einen Motorkopf 1o, in

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welchem der Auslaßkanal 8 ausgebildet ist. Der Kopf 1o ist mit einem Motorblock 11 verbunden, welcher einen Zylinder 12 mit hin- und hergehend angetriebenem Kolben 14 enthält. Der Kopf 1o ist am Motorblock 11 mit Hilfe von (nicht dargestellten) Schrauben befestigt. Die Auspuffgase werden aus dem Zylinder 12 durch Auslaßöffnungen 16 in den Auslaßkanal 8 gedrückt, dessen Gesamt- . gestalt so gewählt ist, daß er die beiden, zunächst vertikal ortientierten, durch die beiden Öffnungen 16 gebildeten Gasströmungen zu einem einzigen Gasstrom umlenkt, welcher sich dann allgemein seitwärts zur (nicht dargestellten) Motorauspuffleitung hin bewegt. Das öffnen und Schließen der Auslaß-Tellerventile 18 und 19 wird durch Ventilschäfte 2o und 21 bewirkt, welche sich durch den Auslaßkanal 8 hindurch erstrecken, wobei der Ventilschaft 21 bezüglich des Ventilschaftes 2o stromabwärts liegt.

Die Ventilschäfte 2o, 21 verlaufen durch Bohrungen 22 bzw. 23 im Kopf 1o. Die oberen Enden 24 der Ventilschäfte sind in einer Aussparung eines T-förmingen Kreuzkopfes 26 aufgenommen. Der Kreuzkopf 25 wird durch einen Führungszapfen 28 geführt, der im Kopf 1o fixiert ist und in einer Bohrung 3o des Kreuzkopfes 26 teleskopiert.

Der Kreuzkopf 26 weist eine Anschlagfläche 32 auf, auf welche das eine Ende eines Schwingarms 34 einwirkt, der seinerseits auf einer Welle 36 schwenkbar gelagert ist. Die Welle 36 ist in Wänden 38 abgestützt, welche den Kreuzkopf 26 und die oberen Enden der Ventile 18, 19 umgeben. Jedes der Ventile 18, 19 ist in Richtung- auf seine Schließstellung durch eine Federanordnung 4o vorgespannt. Die Wände 38 sind am Kopf 1o durch Schrauben 42 befestigt und bilden ein Schwinggehäuse. Ein mit Gewinde versehener Zapfen 44 auf der gegenüberliegenden Seite des Schwingarmes 34 ist in einer topfförmigen Aussparung 46 eines Ventilstößels 48 aufgenommen. Der Ventilstößel 48 wird durch eine (nicht dargestellte) Nocke hin- und herbewegt und öffnet dabei

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die Ventile 18 und 19 jeweils zur richtigen Zeit und während eines bestimmten Zeitintervalles. Im Schließzustand liegen die Ventile 18, 19 an Ventilsitzen 5o an. Im Kopf 1o sind Kanäle 62, 64, 66 und 67 vorgesehen, durch welche ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird, um den Motor zu kühlen.

Im Öffnungszustand der Ventile 18, 19 fließt Auspuffgas aus dem Zylinder 12 durch die Auslaßöffnungen 16, welche durch eine Ventilbrücke 52 derart voneinander getrennt sind, daß sich zwei separate Abgasströmungen ergeben, die allgemein nach oben gerichtet verlaufen. Die Ventilsitze 5o sind so gestaltet, daß sie den Auspuffgasen eine ruhige und gleichmäßige Strömung erteilen. Es ist erforderlich, diese Auspuffgase seitlich umzulenken, um sie in eine (nicht dargestellte) Auspuffleitung zu überführen. Die Form: des Auslaßkanals 8 bewirkt, daß dieses Ziel erreicht wird, jedoch auf Kosten der Erzeugung eines erheblichen Anteils an energieverbrauchender Turbulenz. Um diesem Problem abzuhelfen, ist erfindungsgemäß ein Führungsmittel in Gestalt einer Zwischenwand 54 im Kanal 8 ausgebildet, welches mit dessen Innenwänden und der Ventilbrücke 52 einstückig ist. Die Gestalt der Zwischenwand 54 wird im einzelnen weiter unten beschrieben. Zweck dieser zwei Leitflächen bildenden Zwischenwand 54 ist es, die beiden Auspuffgasströmungen, welche durch die Auslaßöffnüngen 16 gebildet werden, auf zwei im wesentlichen zueinander parallele Bahnen umzulenken, bis diese Strömungen ein Vereinigungsgebiet erreichen, in welchem die Teilströmungen wieder zusammenfließen und welches über eine beträchtliche Entfernung hinweg hinter dem Schaft 21 des zweiten Ventils 19 liegt. Im Bereich 58 vereinigen sich die beiden Teilströme zu einem gemeinsamen Mediumstrom, welcher dann aus dem Kopf 1o ausströmt.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht des erfindungsgemäßen Äuslaßkanals 8, wobei Einzelheiten des Motorkopfes und der Auslaßventile weggelassen sind. DiePfeile 68 repräsentieren die aus dem Zylinder

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und durch die Auslaßöffnungen 16 herausfließenden Auspuffgas-Strömungen. Die äußere Begrenzung dieses Mediumstroms folgt im allgemeinen einer Strömungsbahn, welche durch die Innenwände des Kanals 8 bestimmt ist. Die Ventilbrücke 52 steht in Verbindung mit einem Teil der Innenwände der Auslaßöffnungen 16 und spaltet somit zu Beginn die Auspuffgase in zwei separate Strömungen auf. Wie klar aus Fig. 2 hervorgeht, ist die vordere Seite 55 der Zwischenwand 54 mit der Ventilbrücke 52 einstückig. Eine gestrichelte Linie 52* zeigt die Begrenzungskontur der Ventilbrücke 52 am Verbindungspunkt mit der erfindungsgemäßen Zwischenwand 54. Fig. 2 zeigt somit deutlich, daß die äußeren Wände der Vorderseite 55 der Zwischenwand 54 so gestaltet sind, daß sie glatt und gleichmäßig an den Punkten a und b in die Außenwände der Ventilbrücke 52 übergehen. Durch Vermeidung von Diskontinuitäten in den Wänden des Kanals 8 wird die Auspuffgasströmung in diesem Kanal so gleichmäßig und energiewirksam als irgend möglich gehalten. Die als Strömungsleiter und Leitfläche dienende Zwischenwand 54 erstreckt sich ausgehend von der Ventilbrücke 52 stromabwärts, das heißt weiter nach hinten bis über eine beträchtliche Entfernung über den (in Fig. 2 nicht dargestellten) Schaft 21 des Ventils 19 hinaus. Die Zwischenwand 54 ist dabei so angeordnet und gestaltet, daß sie im wesentlichen die Querschnittsfläche der Strömungsbahn des Kanals 8 in zwei getrennte'Teilkanalstücke 8¹ und 8" unterteilt, wobei die Querschnittsflächen dieser Kanalstücke 8¹ und 8" einander im wesentlichen gleich sind. Die beiden an den Auslaßöffnungen 16 gebildeten Gasströmungen werden bis über eine beträchtliche Entfernung hinter en Ventilschäften 2o und 11 im wesentlichen getrennt gehalten bevor sie sich im Bereich 58 wieder vereinigen. Aus weiter unte noch erläuterten Gründen enthält.die Zwischenfläche 54 einen mittig gelegenen Schlitz 57, welcher die Kanalstücke 8¹ und 8 miteinander verbindet unu ausgehend von einem Punkt 57' vor d η Ventilschaft 21 bis zu einem Punkt 57" reicht, der im deutlich ι Abstand stromabwärts im Kanal 8 liegt. Die

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Entfernung zwischen den Punkten 57' und 57" ist näherungsweise gleich dem Abstand zwischen den Mittelachsen der Ventilschäfte 2o und 21 j obwohl bezüglich dieser Entfernung auch gewisse Variationen toleriert werden können.

Der Schlitz 57 gestattet es, daß ein kleiner Teil der Auspuffgase in den Teilkanalstücken 8" und 8" zusammenfließt, wie durch die Pfeile 7o angedeutet. Der größte Teil des strömenden Mediums verbleibt jedoch, wie durch die Pfeile 68 repräsentiert, in zwei verschiedenen Mediumströmungen, bis diese Strömungen den Bereich 58 erreichen. Da sich der Schlitz 57 über den gesamten Strömungsweg hinweg bis zum hinteren Ende der Zwischenwand 54 erstreckt, wird die kleine Menge an Auspuffgasen aus den Kanalstücken 8' und 8", welche sich im Schlitz 57 miteinander vermischt haben, in Richtung auf den Vereinigungsbereich 58 hin bewegte und zwar auf einem Weg, der im wesentlichen parallel zu der Bahn der Gasströmung in den Kanalstücken 8¹ und 8" ist. Somit verhindert die Anwesenheit der Zwischenwand 54 ein merkliches Ineinandereindringen der beiden Mediumströme aus den Auslaßöffnungen 16, bevor diese Ströme sich im Bereich 58 wieder vereinigen können. Darüber hinaus gestattet die Zwischenwand 54 die Aufrechterhaltung einer Mediumgeschwindigkeit und eines Mediumdruckes in der gleichen Größenordnung wie sich diese Geschwindigkeit und dieser Druck ausbilden, wenn die Auspuffgase anfangs in den Kanal 8 eintreten.

Fig. 3 zeigt -eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Auslasses entlang der Linie 3-3 in Fig. 1. Die Darstellung ist so getroffen, als würde man vom Zylinderkopf 1o herab nach unten blicken. Wie weiter unten noch erläutert werden wird, muß ein ausreichender Freiraum vorgesehen werden, um dem Ventilschaft des stromabwärts gelegenen oder hinteren Ventils 19 Rechnung zu tragen. Dies erfolgt dadurch, daß man dem Schlitz 57, wie in Fig. 3 dargestellt, eine schlüssellochartige Konfiguration gibt.

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Ein typischer Ventilschaft 21 hat einen Durchmesser von etwa 9,3 mm. Die Randkante 72 in der Zwischenwand 54, welche den vergrößerten Bereich des schlüssellochartigen Schlitzes 57 um den Ventilschaft 21 herum bildet, ist mit einem Krümmungsradius von etwa 9,3 mm gekrümmt. Dies ergibt, wie weiter unten noch erläutert, den erwünschten Freiraum. Der restliche Teil des schlüssellochartigen Schlitzes 57, der sich stromabwärts über den Ventilschaft 21 nach hinten erstreckt, wird von zwei Führungskanten 56 gebildet, die allgemein parallel zueinander verlaufen und einen Abstand zwischen etwa 6,3 und 9^,3 mm ,haben. Die Kanten verlaufen ausgehend von der gekrümmten Randkante 72 bis über eine beträchtliche Entfernung stromabwärts über den Ventilschaft 21 hinaus, und zwar bezogen auf den seitlichen Abstand der Ventilschäfte 2o und 21. Ein gewisser Teil des durch die Auslaßöffnungen 16 ausströmenden Auspuffmediums hat die Tendenz, mit dem Ventilschaft 21 in demjenigen Bereich zu kollidieren, welcher durch die Randkante 72 begrenzt ist. Dieser Anteil wird jedoch anschließend stromabwärts zum Bereich 58 des Auslaßkanals gelenkt. Diese Ablenkung erfolgt durch die Zwischenwand 54 auf einem Weg, der im wesentlichen parallel zu derjenigen Bahn ist, welcher der Rest des durch die öffnungen 16 ausströmenden Mediums folgt. Auf diese Weise wird ein Abreißen der Strömung bei einem Minimum gehalten. Dasselbe gilt auch im Hinblick auf Mischverluste, welche auftreten würden, wenn keine als Leitmittel dienende Zwischenwand 54 vorgesehen wäre. Die Pfeile 71 repräsentieren den vorerwähnten MediumstrOm₁

Um die Notwendigkeit für die Ausbildung des Schlitzes 57 besser zu verstehen, sollte beachtet werden, daß dann, wenn die Zwischenwand 54 als einziges, einstückiges, massives Stück gegossen werden würde, ein Loch in der Zwischenwand nachträglich maschinell eingebracht werden müßte, um den Ventilschaft 21 durchtreten zu lassen. Um entsprechende Bearbeitungskosten zu vermeiden, könnte ein wesentlich größeres Loch als der Ventilstempel in den Motor-

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kopf eingegossen werden, dabei würden sich jedoch im Zusammenhang mit dem "Vorderkanteneffekt" Schwierigkeiten ergeben. Dieser Nachteil läßt sich durch gleichzeitige Betrachtung der Figuren

2 und 3 verstehen. Wenn der schlüssellochförmige Schlitz 57 durch eine kreisförmige Öffnung rund um den Ventilschaft 21 herum ersetzt wäre, müßten die Auspuffgase aus den Kanalstücken 8¹ und 8", welche sich in dieser Öffnung miteinander vereinigen (vgl. die Pfeile 7o) wieder durch die stromabwärts gelegene Kante der Öffnung aufgespalten werden, was durch die gestrichelte Linie 74 in Fig. 3 angedeutet ist. Somit können bei der erfindungsgemäßen Ausbildung Bearbeitungskosten für ein Loch in der Zwischenwand 54 eingespart werden. Gleichzeitig ist der Abreißeffekt bezüglich der Strömung an einer zusätzlichen Kante im Strömungsweg eliminiert. Dieser Effekt ("Vorderkanteneffekt") würde eintreten, wenn ein ausreichend großes, kreisförmiges Loch in der Zwischenwand eingegossen würde, um eine nachträgliche Bearbeitung zu sparen.

Bei einer bevorzugten Av.sführungsform der Erfindung hat der Schlitz 57 eine Gesamtlänge in Richtung des Mediumstroms zwischen

3 cm und 7 cm. Der Krümmungsradius der durch die Kante 72 bestimmten, kreisrunden Öffnung kann von o,5 cm bis 1,5 cm variieren. Die Gesamtlänge der Zwischenwand 54 kann vorzugsweise zwischen 3 und 9 cm variieren, je nach Größe der Ventile 18, 19 des Kanals 8 und des Motorhubraums.

Der Aufbau der Zwischenwand 54 besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß er sich leichter als eine massive Strömungsteilerkonstruktion herstellen läßt. Ein massiver Strömungsteiler muß zuerst gegossen und anschließend aufgebohrt werden, um Löcher passender Größe für die Aufnahme der Ventilschäfte zu vermitteln. Die Zwischenwand 54 und der schlüssellochartig geformte Schlitz 57 entsprechend der vorliegenden Erfindung können in einem einzigen Vorgang gegossen werden. Beim Ausbilden der Form zum Gießen des

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Zylinderkopfes 1o stellt der Teil der Form, welche den Schlitz 57 bildet, eine Brücke zwischen denjenigen Teilen der Form her, welche die Teilkanalstücke 8' und 8" ausbilden. Dieser über-. brückende Teil der Form trägt in meßbarer Weise zur Verstärkung der Form bei und verbessert somit die Maßhaltigkeit des Gießvorganges .

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 und läßt die räumliche Beziehung zwischen der Zwischenwand 54 und den Wänden 6o des Auslaßkanals erkennen. Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, umgeben Kühlmittelkanäle 62, 64, -66 und 67 den erfindungsgemäßen Auslaßkanal. Das Kühlmittel in diesen Kanälen dient dazu, den Bereich außerhalb der Wände bei einer niedrigeren Temperatur zu halten als diejenige der heißen Auspuffgase, welche in der Nachbarschaft der Zwischenwand 54 fließen. Die Hitze dieser Auspuffgasströmung verursacht somit eine Expansion der Zwischenwand 54. Der Schlitz 57 ermöglicht es jedoch, daß sich die Kanten 56 aufeinander zu und voneinander weg bewegen, ohne daß dabei innere Spannungen auftreten. In ähnlicher Weise kann auch eine unbehinderte Kontraktion des vom Schlitz 57 unterteilten Abschnitts der Zwischenwand 54 stattfinden, wenn die Temperatur absinkt. In Auslaßöffnungen mit massivem Strömungsteiler würde kein Trennungsbereich vorliegen, sondern ein massives Stück, wie durch die gestrichelte Linie 76 in Fig. 4 angedeutet. Dieses massive Stück würde die beiden Kanalstücke 8¹ und 8" vollkommen voneinander trennen. Ein solcher Aufbau würde den gleichen, bereits beschriebenen, extremen Temperaturvariätionen unterworfen sein; ein solcher massiver Strömungsteiler dieser Art kann sich jedoch ohne innere Spannungen nicht frediexpandieren und kontrahieren. Daher unterliegt dieser Typ eines Strömungstellers in hohem Maße einer thermischen Ermüdung und letzten Endes einem Bruch oder dergleichen. All dies ist durch den erfindungsgemäßen Aufbau vermieden. Die Randteile (56 und 72) der Zwischenwand 54, welche

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den Schlitz 57 bestimmen, können somit auch als Mittel angesehen werden, welche eine thermische Ermüdung verhindern.

Die Fig. 5 dient zur Illustration dafür, wie sich die Gestalt des Auslaßkanals glatt und gleichmäßig stromabwärts bis hinter die Zwischenwand 54 verändert und schließlich rund wird, um eine bessere Ka^alisierung der Strömung in der Auspuffleitung zu vermitteln. Weiterhin dient diese glatte und gleichmäßige Ausgestaltung dazu, minimale Energieverluste im Auspuffgas hervorzurufen. In einem weitergehenden Aspekt der Erfindung könnte die beschriebene Zwischenwand 54 in jedem Teil des Auslaßkanals eines Verbrennungsmotors verwendet werden, wo zwei parallele Mediumströme miteinander vereinigt und so umgelenkt werden müssen, daß sie in einer Richtung fließen, die von der ursprünglichen Richtung der beiden Strömungen verschieden ist.

Der erfindungsgemäße, der Strömungsumlenkung dienende Auslaßkanal findet in erster Linie Anwendung in Diesel-Oder anderen Verbrennungsmocoren, bei denen es erwünscht ist, die maximal verfügbare Energie im Auspuffgas zu erhalten und zu bewahren. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo die Auspuffgase dazu ausgenutzt werden, einen Turbolader anzutreiben. Die erfindungsgemäße Zwischenwandkonstruktion steuert die Strömung des Auspuffgases vom Zylinder derart, daß die Energie, welche dann vorhanden ist, wenn das Gas in die Auslaßöffnungen eintritt, im maximal möglichen Maß auch noch dann erhalten bleibt, wenn das Gas aus dem Auslaßkanal herausströmt. Dies wird durch eine Anordnung erreicht, die einen ruhigen, glatten und gleichmäßigen Mediumstrom mit minimalem Abriß und minimalem Mischverlust aufrecht erhält, so daß beispielsweise das in den Turbolader eines Dieselmotors eintretende Auspuffgas ausreichend Energie besitzt, um ein Funktionieren des Turboladers mit verbessertem Wirkungsgrad zu ermöglichen.

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Claims

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Patentansprüche :

[ 1.] Vorrichtung zum Ableiten der zum Auspuff hin strömenden Verbrennungsprodukte in einem Verbrennungsmotor mit einem ersten und einem zweiten, jeweils über einen separaten Ventilschaft betätigten Tellerventil, welche durch gleichzeitiges Freigeben zweier Auslaßöffnungen zwei im wesentlichen in einer ersten Richtung parallel zueinander verlaufende Auspuffgasströmungen ausbilden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) einen an die Auslaßöffnungen (16) anschließenden und bis hinter den Schaft (21) des zweiten Ventils (19) reichenden Auslaßkanal (8) zur Aufnahme und Zusnrnmenführung der beiden

ΐ Gasströmungen und zur Umlenkung der zusammengeführten Strömungen in eine Bahn, die in einer von der ersten verschiedenen, zweiten Richtung verläuft und den Schaft (21) des zweiten Ventils (19) in einem in Strömungsrichtung hinter dem ersten Ventil (18) gelegenen Punkt schneidet;

b) eine im Auslaßkanal (8) gelegene, mit dessen Innenwand einstückige, als Strömungsleitfläche dienende Zwischenwand (54), welche die beiden Gasströmungen in die zweite Richtung umlenkt, parallel zueinander führt und bis zu ihrer Zusammenführung im wesentlichen getrennt hält.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (54) einen etwa in ihrer Mitte verlaufenden, den Schaft (21) des zweiten Ventils (19) frei umgebenden, eine

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begrenzte Kommunikation der beiden Gasströmungen ermöglichenden Schlitz (57) aufweist, der ausgehend von einem relativ zum zweiten Ventil (19) stromaufwärts gelegenen Punkt bis zum Vereinigungsbereich (58) der beiden Strömungen reicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (57) schlüssellochartig ausgebildet ist, wobei ein im Durchmesser erweitereter Endbereich den Ventilschaft (21) umgibt und ein schmälerer Schlitzbereich bis zum Vereinigungsbereich (58) der Gasströmungen hin verläuft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erweiterte Endbereich des Schlitzes (57) von einer kreisförmig verlaufenden Kante (72) der Zwischenwand (54) mit einem Krümmungsradius gebildet ist, der etwa doppelt so groß wie die Breite des restlichen Schlitzes (57) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des in Strömungsrichtung verlaufenden Schlitzes (57) etwa 3 bis 7 cm beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des erweiterten Schlitzbereiches etwa zwischen o,5 und 1,5 cm beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der an den erweiterten Bereich anschließende Teil des. Schlitzes (57) von zwei einander gegenüberliegenden, parallel zueinander verlaufenden Kanten (56) der Zwischenwand (54) gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Auslaßöffnungen (16) eine einen Teil dieser Öffnungen bildende Ventilbrücke (52) angeordnet ist, mit welcher das pine.Jen Ventilen (18,19)

A 44 166 m a - 192

28. Mai 198o

benachbarte Ende der Zwischenwand (54) einstückig und an den Oberflächen glatt ineinander übergehend verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zwischenwand (54) im Auslaßkanal (8) gebildeten Teilkanalstücke im wesentlichen gleiche Querschnittsflächen haben.

1o. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (54) in Strömungsrichtung eine Gesamtlänge zwischen 3 und 9 cm besitzt.

£30 OS 1/0743