DE3239446A1

DE3239446A1 - Saugkanal fuer einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3239446A1
Application number: DE19823239446
Authority: DE
Inventors: Shinzi Ikegami; Koichi Tokyo Tezuka
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1982-10-25
Publication date: 1983-05-11
Also published as: JPS5874827A; US4469062A; JPS6127568B2; DE3239446C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem spiralförmigen Saugkanal.

Ein derartiger spiralförmiger Saugkanal dient zur Erzeugung von Ansaugluftwirbeln in einer Verbrennungskammer eines Zylinders eines Verbrennungsmotors .

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen derartigen üb-TO liehen spiralförmigen Einlaßkanal, wie von der Nissan Motor Company Limited im März 1981 in dem Wochenmagazin "Service Shuho" Nr. 436 und 44 offenbart ist. Ein Einlaßventil 2 und ein Auslaßventil 3 münden in eine Verbrennungskammer des Zylinders 1. Die Mittelachse des Einlaßventils 2 und die Mittelachse des Auslaßventils 3 sind in einer Ebene X angeordnet, die durch die Mittelachse 0 des Zylinders 1 verläuft. Ein spiralförmiger Saugkanal 5 ist in einem Zylinderkopf 4 des Zylinders 1 gebildet.

Der spiralförmige Saugkanal 5 ist derart gestaltet, daß er sich um einen Einlaßventilschaft 2a des Einlaßventils 2 spiralförmig windet. Der spiralförmige Saugkanal 5 weist einen Umlenkabschnitt 5A und einen Eingangsabschnitt 5B auf. Der Eingangsabschnitt 5B ist an einer Seite bzw. außerhalb der Ebene X angeordnet. Der Ansaugweg des Umlenkabschnitts -5A erstreckt sich bis zu einem Schnitt mit der Ebene X und verläuft unterhalb der Ebene X von dieser einen Seite spiralförmig zu deren anderer Seite. Die Achse Y der Hauptsaugluft in dem Eingangsabschnitt 5B an dessen Eingang schneidet die Außenwandung 50 des Umlenkabschnitts 5A.

ORIGINAL

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Bei einem derartigen üblichen spiralförmigen Saugkanal wird der überwiegende Anteil an Saugluft mittels der Außenwandung 50 des Umlenkabschnitts 5A umgelenkt, nachdem sie den Eingangsabschnitt 5B passiert hat. Danach strömt die Saugluft unmittelbar in den Zylinder 1,und die großen Wirbel werden entlang der inneren Oberfläche des Zylinders 1 erzeugt.

Aus diesem Grund werden bei einem Kolbensaughub große Wirbel entlang der Innenfläche des Zylinders 1 erzeugt, während in der Mitte des Zylinders 1 ein luftleerer Abschnitt erscheint. Ein derartiger luftleerer Abschnitt neigt dazu, während des Kompressionshubes des Kolbens die Wirbel aufzulösen.

Demzufolge nimmt nach dem Zünden einer Zündkerze 8 die Verbrennungsgeschwindigkeit derart ab, daß die Flammengeschwindigkeit niedrig wird. 20

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem derartige Nachteile -eines konventionellen Motor mit einem spiralförmigen Saugkanal beseitigt werden können.

Erfiridungsgemäß sind zur Lösung dieser Aufgabe die in Anspruch 1 genannten Merkmale vorgesehen. Vorteilhafte und bevorzugte Merkmale zur Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt. 30

Demgemäß weist bei der Erfindung ein Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen mit dem Zylinder in Verbindung stehenden Saugkanal und ein Einlaßventil zur Steuerung

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der Saugluft auf, die aus dem Saugkanal in den Zylinder strömt. Das Einlaßventil besitzt einen Ventilschaft. Der Saugkanal wendet sich derart spiralförmig um den Ventilschaft, daß Wirbel in der Verbrennungskammer des Zylinders erzeugt werden. Derartige Wirbel nach dieser Erfindung haben selbst während eines Kompressionshubs des Kolbens im wesentlichen keinen luftleeren Abschnitt in der Mitte des Zylinders. Der überwiegende Anteil der durch den Eingangsabschnitt des Saugkanals strömenden Saugluft gelangt unmittelbar gegen eine Innenfläche eines umlenkenden Abschnitts des Saugkanals und dreht sich dann von einer Seite des Saugkanals zu dessen anderer Seite. Hierauf dreht sich die Saugluft wiederum in eine andere Richtung von der anderen Seite zu der ersteren Seite des Saugkanals. Daher werden starke und kleine Wirbel nahe dem Ausgang des Saugkanals an dem Einlaßventil erzeugt. Nachdem die Saugluft in den Zylinder strömt, nehmen die Größen der Wirbel nach und nach zu. Am oberen Totpunkt eines Kompressionshubes eines Kolbens sind die Ausdehnungen der Wirbel am größten.

Brennstoff und Saugluft werden in geeigneter Weise mit einem hohen Luftanteil miteinander vermischt. Die Flammengeschwindigkeit wird dadurch erhöht, um die Kraftstoff verbrennung und Abgaseigenschaften zu verbessern.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind auch in den übrigen Ansprüchen und in dem anschließenden Beschreibungsteil enthalten. Nachfolgend ^ wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen

ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Draufsicht, die schematisch einen konventionellen Verbrennungsmotor mit einem spiralförmigen Saugkanal darstellt;

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch den in Fig. 1 dargestellten konventionellen Motor;

Fig. 3 eine Draufsicht, die einen Verbrennungsmotor mit einem spiralförmigen Saugkanal gemäß der Erfindung darstellt;

Fig. 4 einen .vertikalen Schnitt durch den in Fig. dargestellten Verbrennungsmotor mit dem spiralförmigen Einlaßkanal;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Kern zur Herstellung des in Fig. 3 gezeigten spiralförmigen Saugkanals darstellt;

Fig. 6 eine schematische Rückansicht, die einen Eingang des in Fig. 5 gezeigten spiralförmigen Saugkanals darstellt;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in . Fig. 5;

Fig. 8 einen Schnitt entlag der Schnittlinie B-B in fig. 3;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-C in Fig. 3;

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Schnittlinie D-D in Fig. 3; und

Fig. 11 einen Schnitt entlang der Schnittlinie E-E in Fig. 3.

In Fig. 3 sind ein Zylinder 1, ein Einlaßventil 2 und ein Auslaßventil 3 in üblicher Weise angeordnet, so daß sie nicht näher erläutert werden. Die Ebene X durchläuft die Mittelachse 0 des Zylinders 1, die Achse des Einlaßventils 2 und die Achse des Auslaßventils 3.

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Eine Zündkerze 8 ist in üblicher Weise an dem Zylinder 1 befestigt. Die Achse der Zündkerze 8 ist in der Ebene Z angeordnet, die rechtwinklig zu der Ebene X liegt und durch die Mittelachse des Zylinders 1 verläuft.

Ein spiralförmiger Saugkanal 15 steht mit einer Verbrennungskammer des Zylinders 1 in Verbindung. Der spiralförmige Saugkanal 15 weist einen Umlenkabschnitt 15A und einen mit diesem verbundenen Eingangsabschnitt 15B auf. Der Umlenkabschnitt 15A windet sich spiralförmig um einen Ventilschaft 2a des Einlaßventils 2. Der Umlenkabschnitt 15A besteht aus einer innerenUmlenkwandung 15i und einer äußeren Umlenkwandung 150.

Ein Zugangsabschnitt des Eingangsabschnittsi5B ist derart gestaltet, daß die Achse Y der durch den Eingangsabschnitt 15B strömenden Hauptsaugluft an einer Seite bzw. außerhalb der EbeneX angeordnet ist. Die Achse.Y schneidet die Innenfläche der inneren Umlenkwandung 15i und tritt, wie in Fig. 3 dargestellt, über diese hinaus.

Die innere Umlenkwandung 15i ist derart angeordnet, j daß sie die Ebene X von einer Seite M zur anderen Seite

BAD ORiGINAL

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N durchtriit. Anders ausgedrückt tritt die innere Umlenkwandung 15i mit einem kleinen Winkel gegenüber der Ebene X durch die Ebene X- Danach wendet sich die innere Umlenkwandung spiralförmig um den Ventilschaft 2a des Einlaßventils 2 und schwenkt wiederum von der anderen Seite N zu der besagten einen Seite M. Die innere Umlenkwandung 15i verläuft geringfügig über die Ebene X hinaus.

Wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, ist die Achse Y der Hauptsaugluft, die durch den Eingangsabschnitt 15B strömt, an dem Zugang des Eingangsabschnitts 15B an einer Seite bzw. außerhalb der Ebene X angeordnet.

Der Eingangsabschnitt 15B verschwenkt weiträumig zur anderen Seite N und tritt durch die Ebene X. Danach ist der Umlenkabschnitt 15A, der mit dem Eingangsabschnitt 15B verbunden ist, spiralförmig um den Ventilschaft 2a gebildet. Auf diese Weise ist die zusammengesetzte Form des Eingangsabschnitts 15B und des Umlenkabschnitts Ί5Α einem Fragezeichen "?" ähnlicn. Die innere Umlenkwandung 15a ist um den Ventilschaft 2a mit einem Winkel von 180° gegen den Uhrzeigersinn verschwenkt. Hierdurch kann in dem Umlenkab- schnitt 15A eine ausreichende Länge des Saugluftströmungsweges erreicht werden.

In Fig. 5 bezeichnet die Bezugszahl 17 eine Öffnung für eine nicht dargestellte Ventilstange. 30

Beim Betrieb strömt Saugluft über einen (nicht dar- -

gestellten) Motorluftfilter und einen (nicht darge- A

stellten) Einlaßkrümmer zu dem Zugang des Eingangs-

- ίο -

abschnitts 15B des spiralförmigen Saugkanals 15. Der überwiegende Anteil der Saugluft gelangt unmittelbar gegen die innere ümlenkwandung 15i, weil die Achse Y der Hauptsaugluft an dem Zugang die innere Umlenkwandung 15i,wie in Fig. 3 dargestellt, schneidet.

Hierdurch verschwenkt die Saugluft veiträumig zu der äußeren Umlenkwandung 150. Die durch die äußere Umlenkwandung 150 geführte Saugluft dreht sich wiederum in eine andere Richtung. Danach werden, durch den Umlenkabschnitt 15A Wirbel erzeugt.

Weil die innere Umlenkwandung 15i um den Ventilschaft 2a des Einlaßventils 2 innerhalb eines großen Bereiches, d.h. um mehr als 180 angeordnet ist, wird die Saugluft dadurch gesichert über eine ausreichende Länge des Umlenkabschnitts 15A geführt. Wenn die SaUgluft entlang der inneren Umlenkwandung 15i strömt, gelangt niemals irgendein Strömungbestandteil in den Zylinder 1. Demzufolge können ausreichend starke Wirbel mit kleinem Krümmungsradius innerhalb des Umlenkabschnitts 15A erreicht werden. Diese Wirbel werden von dem Ausgang des Saugkanals 15 an dem Einlaßventil 2 in den Zylinder 1 eingeführt.

Dementsprechend werden starke Wirbel mit einem kleinen Krümmungsradius nahe dem Ausgang des spiralförmigen Saugkanals 15 in einen oberen Mittenabschnitt des Zylinders 1 erzeugt. Der Krümmungsradius der Saugluft

(-wirbel) nimmt nach und nach, wie am besten in Fig. dargestellt, innerhalb des Zylinders zu. Zur gleichen * Zeit wandern die Wirbel nach unten.

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Die Hauptwirbel werden innerhalb eines oberen Raums des Zylinders 1 in dessen mittleren Abschnitt gebildet. Das bedeutet, daß im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotoren mit spiralförmigem Saugkanal kein luftleerer Abschnitt in der Mitte des Zylinders auftritt.

Dementsprechend kann die Zündkerze das Gemisch zünden, wenn es stark verwirbelt ist. Die Zündungseigenschaften sind daher hervorragend. Auch die Plammengeschwindigkeit ist sehr groß. Die Saugluft kann effektiv in einem großen Maße ausgenutzt werden. Hieraus ergibt sich, daß der Kraftstoffverbrauch erheblich sinkt.Auch die Emissionseigenschaften können verbessert werden.

Vorzugsweise wird der gesamte Eingangsabschnitt des spiralförmigen Saugkanals 15 an einer Seite der Ebene X, wie in Fig. 3 dargestellt, angeordnet.

Anders ausgedrückt liegt der Eingangsabschnitt des spiralförmigen Saugkanals 15 vollständig außerhalb der Ebene X. In diesem Fall kann die Saugluft über einen großen und langen Spiralweg (den spiralförmigen Einlaßkanal 15) derart geführt werden, daß mehr starke Wirbel mit kleinem Krümmungsradius in dem oberen Mittenabschnitt des Zylinders 1 erzeugt werden.

Die Figuren 5 bis 11 zeigen einen Kern für die Herstellung eines spiralförmigen Saugkanals 15 anstelle des spiralförmigen Saugkanais gemäß der Erfindung«, Die entsprechende Form des gestrichelt * dargestellten spiralförmigen Saugkanals 15 kann mit * einem derartigen Kern hergestellt werden. *

Wie sich aus der obigen Darstellung ergibt, stößt der überwiegende Anteil der Saugluft im Eingangsabschnitt des Saugkanals bei der Erfindung unmittelbar gegen den inneren Umlenkabschnitt des Saugkanals, sodaß sie weiträumig in Richtung der äußeren Umlenkwandung im Uhrzeigersinn umgelenkt wird. Danach wird die Hauptsaugluft gegen den Uhrzeigersinn sowohl durch die Außenumlenkwandung als auch durch die sehr lange innere Umlenkwandung um den Ventilschaft um einen Winkel um mehr als 180 umgelenkt. Dadurch können selbst in dem Saugkanal starke Wirbel mit einem kleinen Krümmungsradius erzielt werden. Aus diesem Grund werden, wenn die Saugluft die Verbrennungskammer des Zylinders erreicht, ausreichend starke Wirbel mit kleinem Krümmungsradius derart erzeugt, daß in der Mitte der Wirbel bzw. des Zylinders kein Vakuumphänomen auftritt. Weiterhin nimmt die Größe der Wirbel, wenn sich die Wirbel innerhalb des Zylinders nach unten bewegen, nach und nach zu, während außerhalb der Wirbel einige gestörte Luftströmungen erzeugt werden. Dementsprechend können sogar im oberen Totpunktbereich beim Kompressionshub des Kolbens derartige starke Wirbel und kleine gestörte Luftströmungen sieher in ihrem Zustand verbleiben. Die Zündeigenschaften sind hervorragend. Die Flammengeschwindigkeit ist extrem groß. Die Saugluft kann zu einem großen Anteil ausgenutzt werden. Ebenso können der Kraftstoffverbrauch verringert und die Emissionseigenschaften verbessert werden.

BAD ORfGfNAL

Claims

Patentansprüche

1. Verbrennungsmotor mit einer Verbrennungskammer in einem Zylinder, einem Saugkanal, der mit der Verbrennungskammer in einem oberen Abschnitt des Zylinders verbunden ist, wobei der Saugkanal einen Eingangsabschnitt und einen damit verbundenen Umlenkabschnitt aufweist, die jeweils eine innere Umlenkwandung und eine äußere Umlenkwandung besitzen, und mit einem Einlaßventil zur Steuerung der Saugluft, die aus dem Saugkanal in die Verbrennungskammer strömt, wobei das Einlaßventil einen Ventilschaft besitzt, wobei der Umlenkab-

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schnitt des Saugkanals um den Ventilschaft des Einlaßventils sich derart spiralförmig wendet, daß in dem Zylinder Wirbel erzeugt werden, und wobei die Mittelachse des Einlaßventils in einer Ebene angeordnet ist, die durch die Mittelachse des Zylinders verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (Y) der Hauptströmung der Saugluft am Eingang des Saugkanals (15) an einer Seite (M) oder außerhalb der Ebene (X) angeordnet ist; daß die Mittelachse (Y) der Hauptströmung die innere Umlenkwandung (15i) des Umlenkabschnitts (15A) des Saugkanals (15) schneidet; daß die innere Umlenkwandung (15i) des Umlenkabschnitts (15A) weiterhin die Ebene (X) von dieser einen Seite (M) de.r Ebene (X) zu der anderen Seite (N) der Ebene (X) durchtritt; und daß die innere Umlenkwandung (15i) des Umlenkabschnitts (15A) danach um den Ventilschaft (2a) des Einlaßventils (2) schwenkt und sich wEderum durch die Ebene (X) von der anderen Seite (N) zu der einen Seite (M) der Ebene (X) erstreckt.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eintrittabschnitt der öffnung

des Eingangsabschnitts (15B) vollständig außerhalb der Ebene (X) derart angeordnet ist, daß der Verschwenkungsgrad des Umlenkabschnitts (15A) groß ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (Y) der Hauptströmung der Saugluft am Eintritt des Eingangsabschnitts (15B) parallel zu der Ebene (X) verläuft.

BAD ORIGfNAL

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4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Saugkanals (15) einem Fragezeichen "?" ähnelt.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umlenkwandung (15i) des Umlenkabschnitts (15A) um den Ventilschaft (2a) um einen größeren Winkel als 180 derart verschwenkt, daß eine Saugluftpassage in dem Umlenkabschnitt (15A) sehr lang ist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse der Hauptströmung der-Saugluft am Zugang des Eingangsabschnitts (15B) parallel zu der Ebene (X) ist.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Saugkanals (15) einem Fragezeichen "?" ähnelt.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere ümlenkwandung (15i) des Umlenkabschnitts (15A) um den Ventilschaft (2a) um einen größeren .Winkel als 180° derart verschwenkt, daß eine Saugluftpassage in dem Umlenkabschnitt (15A) sehr lang ist.