DE3148457A1

DE3148457A1 - Hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3148457A1
Application number: DE19813148457
Authority: DE
Inventors: Wenpo Dr.-Ing. 3180 Wolfsburg Lee; Klaus-Hagen 3171 Wedelheine Schreiber; Reinhard Schulz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-10-22
Filing date: 1981-10-22
Publication date: 1983-07-28
Also published as: JPH0228080B2; JPS58127096A

Description

3U8457

VOLKSWÄGENWERK

AKTIENGESELLSCHAFT "

3180 Wolfsburg

Unsere Zeichen! K 3204
1702pt-we-soh

Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich kann der YerbrennungsVorgang bei Brennkraftmaschinen durch Erzeugung eines sogenannten Einlaßdralls günstiger gestaltet werden, indem der in den Brennraum einströmenden Luft- bzw. Gemischmenge eine definierte Bewegung mit entsprechender Geschwindigkeit mitgeteilt wird. Dieser Drall, der beispielsweise durch eine besondere Ausbildung der Ventile oder des Einlaßkanals bzw. durch Anbringung besonderer, in dem Einlaßkanal vorgesehener Mittel erzeugt wird, kann jedoch nur dann eine günstige Beeinflussung der Verbrennungsvorgänge erzielen₉ wenn seine Stärke in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine definiert verändert wird. So braucht zum Beispiel eine nach dem Otto-Verfahren arbeitende Brennkrafimaschine bei Teillast einen stärkeren Drall als im Vollastzustand, während ein Dieselmotor eine geringere Drallstärke bei höheren Drehzahlen erfordert als bei niedrigen. So würde bei zu starkem Drall im Vollastbereich eine Otto-Brennkraftmaschine im Leistungsangebot verschlechtert werden, während ein zu geringer Drall im niedrigen Drehsahlbereich eines Dieselmotors einen Drehmomentabfall bewirkt.

Es ist daher "bereits vorgeschlagen worden (zum Beispiel DE-OS 30 39 774) durch Beeinflussung der Drallstärke in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Verbrennung über dae gesamte Kennfeld zu optimieren. Die Steuerung der Drallstärke erfolgt dabei mit Hilfe, eines in dem Einlaßkanal vor dem Einlaßventil angeordneten Strömungsleitmittels in Form einer parallel zum Einlaßventil ■ verschwenkbar gehaltenen Klappe, die aus einer ereten, im wesentlichen eine exzentrische, drallbehaftete Anströmung des Einlaßventils bewirkenden Stellung in eine zweite, eine im wesentlichen zentrische, drallarme Anströmung des Einlaßventils bewirkende Stellung verstellbar ist. Solche Klappen müssen jedoch, um eine wirkungsvolle Drallsteuerung zu erzielen, möglichst nahe dem Einlaßventil angeordnet werden, was bei den bekannt engen Raumverhältnissen von herkömmlichen Brennkraftmaschinen recht schwierig zu'verwirklichen ist. Zum anderen ergeben sich Probleme insofern, als solche Klappen zwar bei rechteckförmigen Querschnitten der Einlaßkanäle durchaus gut verwendbar sind, dagegen bei von der Rechteckform abweichenden Querschnittsformen, die insbesondere in der Nähe des Einlaßventils vorliegen, keine wirkungsvolle Strömungsleitung mehr erzielen können.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ein drallerzeugendes Mittel vorzuschlagen, das räumlich besser unterzubringen ist und eine günstigere Strömungsleitfunktion aufweist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs Dadurch, daß erfindungsgemäß ein konzentrisch zum Einlaßventil angeordneter Drehschieber vorgesehen ist, wird die Drallerzeugung unmittelbar vor dem Einlaßventil vorgenommen. Darüberhinaus wird eine günstige räumliche Unterbringung gewährleistet, indem der Drehschieber gemäß Weiterbildung der Erfindung auf dem Schaft des Einlaßventils gelagert wird, wodurch die Möglichkeit der Anordnung des Verstellantriebes in dem für den Ventiltrieb

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vorgesehenen Raum des Zylinderkopfes gegeben ist. Auch kann' der Steuerquerschnitt eines solchen Drehschiebers in sehr einfacher Weise der Querschnittsform des Einlaßkanals angepaßt werden. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. · ·

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in

Figur 1 einen Schnitt durch den Zylinderkopf einer

Hubkolben-Brennkraftmaschine entlang der Achse des Einlaßkanals,
Figur 2 einen Schnitt gemäß den Schnittlinien II-II nach Figur 1 und

Figur 3 einen Schnitt entsprechend der Figur 2 für eine alternative Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung ist mit 1 der Zylinderkopf einer mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit 2 ein einem Zylinder zugeordneter Einlaßkanal und mit 3 ein diesen Einlaßkanal steuerndes Einlaßventil bezeichnet. Das Einlaßventil 3 weist einen Ventilteller 4 und einen Ventilschaft 5 auf, an dessen dem Ventilteller 4 abgewandten Ende ein von einer Ventilfeder 7 belasteter Federteller 6 befestigt ist. Mit 8 ist ein einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordneter Verbrennungsraum bezeichnet, in den der von dem Einlaßventil 3 gesteuerte Einlaßkanal 2 einmündet. Damit die diesem Verbrennungsraum 8 zugeführte Verbrennungsluft bzw. das zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch einen möglichst großen Drall auf v/eist, ist in Strömungsrichtung vor dem Ventilteller 4 des Einlaßventils 3 eine Drallerzeugungsvorrichtung vorgesehen, die durch einen konzentrisch zu dem Einlaßventil 3 angeordneten Drehschieber 10 gebildet wird. Dieser Drehschieber besitzt einen etwa glockenförmigen, hohlen Schieberkörper 11, der sich oberhalb des Ventilsitzringes 9 in dem das Einlaßventil 3 umgebenden Raum des Einlaßkanals 2 erstreckt und mit einer Lagerhülse 12 auf dem Ventilschaft-5 des Einlaßventils gelagert ist. Die Lagerhülse 12

mit einem außenverzahnten Rad I3 verbunden, an dem ein auf einer Reglerwelle I4 gehaltenes Schneckenrad I5 zur Verstellung des Drehschiebers 10 angreift.

Am Umfang des Schieberkörpers 11 ist eiie in Höhe und Breite etwa dem Querschnitt des Einlaßkanals 2 angepaßte Ausnehmung vorgesehen, die durch Verdrehung des Schieberkörpers 11 eine mehr oder weniger große exzentrische Einschnürung des Strömungsquerschnitts des Einlaßkanals kurz vor dem Einlaßventil 3 bewirkt. Wie aus der Figur 2 näher ersichtlich ist, weist der Schieberkörper 11 an dem in die Strömung hineinragenden Rand der Ausnehmung 16 eine doppelwandige, etwa flügeiförmige Ausbildung 18 mit einer abgerundeten Kante I7 auf, wodurch ein weitgehend ablösungsfreier Strömungsverlauf erreicht wird.

Mit ausgezogenen Linien ist in der Figur 2 eine Stellung des Drehschiebers 10 gezeigt, die bei Teillast einer Otto-Brenrikraftmaschine bzw. im niedrigeren Drehzahlbereich einer Diesel-Brennkraftmaschine eingenommen wird, während eine mit unterbrochenen Linien angedeutete Stellung bei Vollast der Otto-Brennkraftmaschine bzw. im Höchst-Drehzahlbereich einer Diesel-Brennkraftmaschine vorliegt. Dabei ist ersichtlich, daß infolge der exzentrischen Einengung des Einlaßkanals durch den Drehschieber der über diesen Einlaßkanal zuströmenden Gemisch- bzw. Luftmenge eine Geschwindigkeitskomponente in TTmfangsrichtung des Einlaßventils 3. mitgeteilt wird, die um so größer ist, je mehr der Drehschieber 10 in Schließstellung verstellt ist, je geringer also die Teillast ist. Da mit dieser exzentrischen Einengung des Strömungskanals auch eine Drosselung verbunden ist, kann bei Verwendung solcher drallerzeugender Mittel auf die bei Otto-Brennkraftmaschinen sonst vorhandene Drosselklappe verzichtet werden.

In der Vollaststellung des Drehschiebers 10 ist der gesamte Querschnitt des Einlaßkanals 2 geöffnet, so daß die Anströmung des

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Einlaßventils 3 ungedrosselt und im wesentlichen zentrisch · mit wenig Drall erfolgt.

In der Figur 2 ist im übrigen mit 19 noch das Auslaßventil und mit 20 der Auslaßkanal der Brennkraftmaschine angedeutet.

In der Figur 3 ist nun eine der Figur 2 entsprechende Darstellung gezeigt, bei der zur Verbesserung der Anströmung und zur Vermeidung eines vor dem Drehschieber etwa sich ausbildenden "Totwassergebietes" eine mit 21 bezeichnete Leitvorrichtung vorgesehen ist s, die aus einem um eine parallel zur Einlaßventilachse verlaufenden Achse 24 am Schieberkörper 11 in der Nähe der abgerundeten Kante 17 schwenkbar gehaltenen Leitblech besteht, dessen dem Drehschieber 10 abgewendetes Ende 22 in einer seitlichen Ausnehmung 23 des Einlaßkanals 2 gleitend geführt ist. Wie aus der Figur 3 näher ersichtlich ist, nimmt dabei in der Teillaststellung die Leitvorrichtung 21 eine Stellung ein, in der sie für einen kontinuierlichen Übergang von dem vollen Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals zu dem durch die Kante 17 der Ausnehmung 16 verengten Drall-Querschnitt sorgt, während in der Vollaststellung die Leitvorrichtung 21 in der Ausnehmung 23 versenkt gehalten ist. Durch die Anlenkung dieser Leitvorrichtung an dem Schieberkörper 11 in der Nähe der abgerundeten Kante 17 ergibt sich automatisch je nach Stellung des Drehschiebers immer die richtige Stellung der Leitvorrichtung 21.

Die Verstellung des Drehschieber 10 erfolgt entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine über den Schneckentrieb 13t 15 so, daß beispielsweise mit zunehmender Belastung einer Otto-Brennkraftmaschine durch Niedertreten des Gaspedals der Schieberkörper 11 zunehmend aus der in der Figur 2 mit ausgezogenen Linien in die mit unterbrochenen Linien angedeutete Vollaststellung verdreht wird. Die Reglerwelle I4 wird dazu also durch hier nicht weiter gezeigte Mittel entsprechend der Verstellung des Gaspedals

verdreht. Bei Diesel-Brennkraftmaschinen muß die Reglerwelle dagegen entsprechend der Verstellung des Drehzahlhebels der Einspritzpumpe verstellt werden, so daß auch dort eine betriebszuständsabhängige Verstellung des Drehschiebers 10 erfolgt.

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Leerseite

Claims

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1702pt-we-sch

ANSPRÜCHE

/1cJ Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem jedem Arbeitszylinder zugeordneten, durch ein Einlaßventil gesteuerten Einlaßkanal, in dem in Strömungsrichtung vor dem Einlaßventil Mittel zur Erzeugung eines Einlaßdralls vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die drallerzeugenden Mittel durch einen konzentrisch zum Einlaßventil (3) angeordneten Drehschieber (1O) gebildet sind.

2ο Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1O) einen in dem Einlaßkanal

(2) glockenförmig über dem Ventilteller (4) des Einlaßventils

(3) angeordneten, hohlen Schieberkörper (11) mit einer an seinem Umfang vorgesehenen Ausnehmung (16) aufweist.

3ο Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (16) in Höhe und Breite im wesentlichen den Abmessungen des Einlaßkanals (2) entspricht.

4ο Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (1O) auf dem Ventilschaft (5) des Einlaßventils (3) zur Verstellung in den Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals (2) verengende Stellungen verdrehbar gelagert ist.

* * * * **» „- .....

5. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (13 bis 15) zur Verstellung des Drehschiebers (1O) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

6. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkörper (11) im Bereich des den Strömungsquerschnitt des Einlaßkanals (2) verengenden Randes der Ausnehmung (16) doppelwandig und mit einer abgerundeten Kante (I7) versehen ausgebildet ist.

7. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche T bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkörper (,11) mit einer schirmartigen Leitvorrichtung (21) verbunden ist, die mit ihrem einen Ende im Bereich des den Strömungs querschnitt des Einlaßkanals (2) verengenden Randes der Ausnehmung (16) um eine im wesentlichen parallel, zur Achse des Einlaßventils (3) angeordnete Achse (24) verschwenkbar angelenkt ist und mit ihrem anderen Ende an der Wand des Einlaßkanals verschiebbar geführt ist.