DE3347112C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für eine Kolben- Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Ansaugsystem der vorstehend angegebenen Art (JP-OS 57-70 912 (Patent Abstracts of Japan 13. Aug. 1982)) ist der Brennraum im Zylinder durch eine zylinderkopfseitige Ausnehmung gebildet und an den Brennraum schließt sich eine Quetschzone an. In die Einlaßöffnung für das Luft/Kraftstoff- Gemisch münden gemeinsam ein Teillast-Einlaßkanal sowie ein Vollast-Einlaßkanal, wobei letzterer durch ein Steuerventil im Teillastbereich geschlossen und bei Vollast geöffnet ist. Um bei Teillast eine Verbesserung des Brennwirkungsgrades aufgrund erhöhter Gemischverwirbelung zu erreichen, ist der Teillast-Einlaßkanal so gerichtet, daß eine Drallströmung in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung entsteht. Um anderer­ seits aber bei Vollast das durch diese erhöhte Gemischver­ wirbelung gleichfalls erhöhte Verbrennungsgeräusch zu ver­ meiden, wird durch einen gekrümmten Verlauf des Vollast- Einlaßkanals, der tangential an die Einlaßöffnung herange­ führt ist, noch in der Einlaßöffnung eine entgegen der Drall­ strömung aus dem Teillast-Einlaßkanal gerichtete Wirbel­ strömung erzeugt, durch die die Drallströmung vermindert oder aufgehoben wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit diesem bekannten Ansaugsystem eine Einbuße an Leistung bei Vollast hingenommen werden muß, ohne daß im Teillastbereich durch die erwähnte Drallströmung eine Anhebung des Brenn­ wirkungsgrades im gewünschten Ausmaß erzielt wird. Denn durch die zur Verminderung oder Beseitigung der Drallströmung gewählte Führung des Vollast-Einlaßkanals weist dieser im Bereich der Einlaßöffnung einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand auf, was zur Folge hat, daß bei Vollast die Zuführung einer ausreichenden Gemischmenge behindert wird. Darüber hinaus weist auch im Teillastbereich die durch den Teillast-Einlaßkanal erzeugte Drallströmung eine ausgeprägte Strömungskomponente in axialer Richtung des Zylinders auf, weil das Gemisch an den Brennraumwänden abgelenkt wird.

Es ist weiterhin auch schon ein Ansaugsystem mit ähnlicher Wirkungsweise bekanntgeworden (DE-OS 21 26 368), bei dem vor der Einlaßöffnung am Ende des Teillast-Einlaßkanals ein Ringraum gebildet ist, in welchem das Gemisch vor dem Eintritt in den Brennraum eine Drallbewegung erhält. Diese Drallbewegung soll ausreichen, um nach der Öffnung des Vollast-Einlaßkanals bei höherer Last auch das aus dem Vollast-Einlaßkanal zuströmende Gemisch in eine Drallbe­ wegung zu versetzen und hierdurch die beiden Gemischanteile innig zu vermischen. Es ist jedoch nicht zu erwarten, daß die in dem Ringraum noch vor dem Eintritt des Gemisches in dem Brennraum erzeugte Drallströmung im Brennraum und anschließend im Zylinder zu einer hinreichenden Drall­ strömung führt, so daß dementsprechend die angestrebte Verbesserung des Brennwirkungsgrades bei Teillast verhältnis­ mäßig gering bleibt.

Es sind weiterhin Ansaugsysteme bekannt (DE-OS 29 34 615 und 25 42 942), bei denen eine ausgeprägte Drallströmung des Gemisches im Brennraum bei jedem Betriebszustand, d. h. also sowohl bei niederer als auch bei hoher Last, zur Ver­ besserung des Brennwirkungsgrades angestrebt wird. Zu diesem Zweck ist innerhalb einer Quetschzone im Kolbenboden oder durch eine entsprechende Ausnehmung in der Zylinderkopfwand eine Leitrinne gebildet, in welche die Einlaßöffnung mündet und die zu dem Brennraum hin führt. Diese Leitrinne mündet tangential in den Brennraum, um den gewünschten Drall zu erzeugen, wobei die die Leitrinne umgebende Quetschzone das Gemisch von rückwärts und von der Seite her in die Leitrinne drücken soll, um hierdurch die ausgeprägte gerichtete Gas­ strömung in der Leitrinne zum Brennraum hin zu erzeugen. Bei diesen bekannten Ansaugsystemen wird zwar aufgrund dieser Gestaltung im Teillastbereich eine kräftige Gemisch­ verwirbelung erreicht, die den Brennwirkungsgrad erhöht, jedoch führt sie in höheren Lastbereichen zu einer erheblichen Steigerung des Verbrennungsgeräusches.

Schließlich ist auch ein Ansaugsystem bekannt, das nicht zu der hier besprochenen Gattung mit einer Teilung des Einlaß­ kanales in einen Teillast- und einen Vollast-Einlaßkanal zählt, um hierdurch eine gezielte Drallströmung im Zylinder zu bewirken (DE-AS 10 72 000). Bei diesem bekannten Ansaug­ system ist lediglich neben einem durch eine Ausnehmung der Zylinderkopfwandung gebildeten Brennraum eine Quetschzone vorgesehen, in welche der Einlaßkanal mündet, während der Auslaßkanal vom Brennraum ausgeht. Mit Ausnahme einer Ver­ besserung der Gemischverwirbelung durch die Quetschzone ist jedoch an eine Erzeugung einer Drallströmung des Gemisches im Teillastbereich sowie an deren Verminderung oder Auf­ hebung im Vollastbereich nicht gedacht.

Ausgehend von dem eingangs geschilderten bekannten Ansaug­ system liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ansaug­ system zu schaffen, das im Teilastbetrieb eine ausge­ prägte Drallströmung mit damit einhergehendem gutem Ver­ brennungswirkungsgrad sowie eine weitgehende Aufhebung dieser Drallströmung bei Vollastbetrieb ermöglicht, um hierdurch das Vebrennungsgeräusch zu dämpfen, ohne daß eine Einbuße an Leistung durch eine Behinderung der Gemischzuströmung bei Vollast hingenommen werden muß.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Aus­ bildung des Ansaugsystems gemäß dem Kennzeichen des Patent­ anspruches 1.

Durch die Anordnung der für den Teilast- und den Vollast- Einlaßkanal gemeinsamen Einlaßöffnung im Bereich der Quetschzone, d. h. neben dem Brennraum, ist es möglich, im Teillastbetrieb das Gemisch weitgehend unbehindert durch die Brennraumwandung in den Zylinder einzuführen und dadurch eine ausgeprägte Drallströmung zu erzeugen. Dies führt zu einer deutlichen Verbesserung der Verbrennung im niederen Lastbereich. Bei Vollastbetrieb hingegen wird durch die Ausrichtung des Vollast-Einlaßkanals parallel zur Mittel­ achse der Zylinderbohrung das aus dem Teillast-Einlaßkanal weiterhin zuströmende Gemisch schon im Ansatz in Zylinder­ achsrichtung umgelenkt, so daß die Drallströmung abgeschwächt oder unterbunden wird, ohne daß es einer ausgeprägt entgegen­ gerichteten Wirbelströmung bedarf. Dadurch wird das Ver­ bennungsgeräusch vermindert, wobei der Strömungswiderstand des Vollast-Einlaßkanals jedoch hinreichend klein ist, um eine ungehinderte Zuströmung des Gemisches in ausreichender Menge zu gestatten.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in den Brennraum ragenden Elektroden einer Zündkerze bezüglich des Auslaßventiles in Strömungsrichtung des aus dem Teillast- Einlaßkanal in den Brennraum einströmenden Gemisches strom­ abwärts angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeich­ nungen zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich des Ansaugsystems;

Fig. 2 eine Untenansicht eines Teils des Zylinderkopfes gemäß Fig. 1 in von dem Zylinderblock abgenommenem Zustand, und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 weist eine Brennkraftmaschine einen Zylinderblock 1 mit einer Zylinderbohrung 1 a, einen Zylinderkopf 2, der fest an der Oberseite des Zylinderblockes 1 montiert ist, sowie einen in der Zylinderbohrung 1 a verschieblich aufgenommenen Kolben 3 auf. Der Zylinderkopf 2 ist an seiner unteren Innenfläche, die der Oberseite des Kolbens 3 zugewendet ist, mit einer Ausnehmung 4 versehen, die in Verbindung mit der Oberseite des Kolbens 3 an dessen oberem Totpunkt einen Brennraum 5 definiert. Zwischen der unteren Innen­ fläche des Zylinderkopfes und der Oberseite des Kolbens 3 ist anschließend an die Ausnehmung 4 auch eine Quetsch­ zone 6 in Form eines beschränkten Spaltes ausgebildet.

Die Oberseite des Kolbens 3 ist im wesentlichen flach, und auch die innere Wandfläche des Zylinderkopfes 2, die einen Teil der Quetschzone 6 bildet, ist eine ebene Fläche, die weitgehend bündig mit der an der Unterseite des Zylinderkopfes 2 anliegenden Oberseite des Zylinder­ blockes 1 verläuft.

Im Zylinderkopf 2 ist eine Einlaßöffnung 7 ausgebildet, die in die Quetschzone mündet und mit einem Einlaßkanal 9 in Verbindung steht, welcher zu einer Seite des Zylinderkopfes hin offen ist. Außerdem ist im Zylinderkopf 2 eine Auslaßöffnung 8 vorhanden, die in den Brennraum 5 mündet und mit einem Auslaßkanal 10 verbunden ist, welcher zur anderen Seite des Zylinder­ kopfes hin offen ist. In der Einlaßöffnung 7 und der Auslaßöffnung 8 sind ein Einlaßventil 11 bzw. ein Aus­ laßventil 12 angeordnet, die mit in diesen Öffnungen be­ findlichen Ventilsitzen so zusammenwirken, daß sie die Öffnungen verschließen und öffnen können.

In den Zylinderkopf 2 ist weiterhin eine Zündkerze 13 eingeschraubt, deren Elektroden in die Ausnehmung 4 an einer Schrägfläche davon hineinragen.

Der Einlaßkanal 9 weist einen Teillast-Einlaßkanal 9 a (für niedrige Last) und einen Vollast-Einlaßkanal 9 b (für hohe Last) auf, die voneinander durch eine Trenn­ wand 14 in der Nähe der Einlaßöffnung 7 getrennt sind. In dem Vollast-Einlaßkanal 9 b ist zum Öffnen und Schließen ein Ventil 15 vorgesehen, das durch eine nicht gezeigte Betätigungseinrichtung verstellbar ist. Hierdurch kann der Vollast-Einlaßkanal 9 b völlig oder bis zu einer bestimmten Minimalöffnung bei einem Betrieb der Maschine mit niedriger Last verschlossen werden, so daß Luft/Kraftstoff-Gemisch durch den Teillast-Einlaßkanal 9 a zugeführt wird. Der Teillast-Einlaßkanal 9 a hat einen verhältnismäßig begrenzten Strömungsquerschnitt, um die Strömungsge­ schwindigkeit des ihn durchsetzenden Gemisches zu steigern, und mündet in den Zylinder in Umfangs­ richtung (tangential) zur Zylinderbohrung 1 a oder in einer zur Achse des Einlaßventils 11 senkrechten Richtung, wie durch den Pfeil P in Fig. 1 angedeutet ist. Infolge der Einleitung des Gemisches in die Zylinderbohrung in Umfangsrichtung wird eine Drallströmung erzeugt.

Der Vollast-Einlaßkanal 9 b mündet in den Zylinder in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Zylinderbohrung 1 a oder parallel zur Achse des Einlaß­ ventils 11, wie durch den Pfeil S in Fig. 1 angedeutet ist. Das durch den Vollast-Einlaßkanal 9 b eintretende Gemisch erzeugt keinerlei drehende Strömung, so daß die Erzeugung eines Wirbels unterbunden bleibt.

Bei der geschilderten Konstruktion wird während des Teillastbetriebes der Brennkraftmaschine das Ventil 15 geschlossen und die zugeführte frische Ladung an Luft/ Kraftstoff-Gemisch über den Teillast-Einlaßkanal 9 a und durch die Einlaßöffnung 7 hindurch in den Zylinder im Bereich der Quetschzone 6 in Umfangsrichtung davon mit zunehmender Strömungsge­ schwindigkeit eingeführt.

Am Ende des Verdichtungshubes wird eine Quetschströmung des Gemisches in der Quetschzone erzeugt, die durch den begrenzten Spalt zwischen der Innenwandfläche des Zylinder­ kopfes 2 und der Oberseite des Kolbens 3 gebildet ist. Das Gemisch wird dabei in Richtung auf den Brennraum 5 oder die Ausnehmung 4 ausgequetscht oder ausgestoßen, so daß es im Brennraum 5 zwangsweise eine Störung im Sinne einer Aktivierung und Begünstigung des Verbrennungs­ wirkungsgrades bewirkt.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine mit hoher Last ist das Ventil 15 geöffnet, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch durch den Vollast-Einlaßkanal 9 b zuführen zu können. Als Ergebnis davon wird der Liefergrad für das Gemisch in einem beträchtlichen Ausmaß erhöht, so daß eine höhere Leistung erzielbar ist. In diesem Fall wirkt auch das über den Vollast-Einlaßkanal 9 b zugeführte Gemisch dahingehend, daß die Ausbildung eines Dralls unterbunden wird, so daß jegliche übermäßige Steigerung der Ver­ brennungsgeschwindigkeit des Gemisches vermieden wird und auf diese Weise das Verbrennungsgeräusch unter den zulässigen Höchstwert absinkt.

Claims (2)

1. Ansaugsystem für eine Kolben-Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock und einer darin ausgebildeten Zylinderbohrung für einen verschiebbaren Kolben, mit einem auf dem Zylinder­ block befestigten Zylinderkopf, in dessen der Kolbenober­ seite gegenüberliegender Wand eine einen Brennraum bildende Ausnehmung vorgesehen ist, an die sich eine zwischen der Wand des Zylinderkopfes und der Kolbenoberseite in der oberen Totpunktstellung des Kolbens gebildete Quetschzone von begrenzter Spaltbreite anschließt, mit einer Einlaßöffnung für Luft/Kraftstoff-Gemisch, in der gemeinsam ein Teillast- Einlaßkanal und ein bei Teillast durch ein Steuerventil geschlossener und bei Vollast geöffneter Vollast-Einlaß­ kanal münden, wobei der Teillast-Einlaßkanal zur Erzeugung einer Drallströmung in Umfangsrichtung der Zylinderbohrung gerichtet ist und der Vollast-Einlaßkanal das Gemisch so lenkt, daß die Drallströmung im Zylinder vermindert wird, und mit einer Auslaßöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (7) in die Quetschzone (6) mündet und die Auslaßöffnung (8) von dem Brennraum (5) ausgeht, und daß der Vollast-Einlaßkanal (9 b) weitgehend parallel zur Mittel­ achse der Zylinderbohrung gerichtet ist, so daß das aus diesem eintretende Gemisch drallfrei einstömt.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Brennraum (5) ragenden Elektroden einer Zündkerze (13) bezüglich des Auslaßventiles (12) in Strömungsrichtung des aus dem Teillast-Einlaß­ kanal (9 a) in den Brennraum (5) einströmenden Gemisches stromabwärts angeordnet sind.