DE3347518C2

DE3347518C2 - Einlaßkanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3347518C2
Application number: DE3347518A
Authority: DE
Inventors: Jordan Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Gentscheff; Horst Dipl.-Ing. 8935 Fischach Lindner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1983-12-30
Publication date: 1986-09-25
Also published as: DE3347518A1; FR2557637A1; JPH0543844B2; FI845127L; ES538901A1; FI845127A0; FR2557637B1; JPS60156915A

Abstract

Ein durch den Ventilteller eines Einlaßventiles auf- und zusteuerbarer Einlaßkanal ist im Bereich seines brennraumseitigen Endes vor einer Ventilsitzfläche durch entsprechende Formgebung seiner Wandung nach Art einer exzentrisch wirksamen Düse ausgebildet. Mit dieser exzentrisch wirksamen Düse ist es möglich, daß Luft nach Öffnen des Einlaßventiles beim Durchströmen des dann gegebenen Durchlaßspaltes in einem Umfangsbereich des letzteren stärker beschleunigbar ist als im restlichen Durchlaßspalt-Umfangsbereich. Darüber hinaus ist der Einlaßwinkel der Düse in jenem Bereich des Einlaßventiles am kleinsten, der auf jener Seite liegt, nach der in den Zylinder einströmende Luft, um der Zylinderfüllung eine um die Zylinderachse kreisende Bewegung aufzuprägen, stärker beschleunigt werden soll als im übrigen Umfangsbereich.

Description

Die Erfindung betrifft einen durch den Ventilteller eines Einlaßventiles auf- und zusteuerbaren Einlaßkanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einlaßkanäle sind durch die österreichische Ingenieur-Zeitschrift, Jahrgänge (1965), Heft 9, Seilen 291—302, insbesondere Abbildung 4, oder in ähnlicher Form durch die Motoren des Typs 40/54 der MA.N.-B & W Diesel GmbH bekannt. Sie sind im Prinzip in F i g. 1 der Zeichnung dargestellt.

Hieraus ist ersichtlich, daß die engste Kanalquerschnittsebene symmetrisch hinter dem Ventilteller angeordnet ist. Von dieser Ebene führt das sich erweiternde Kanalteilstück zu einer kegeligen Ventilsitzfläche, wobei es sich konzentrisch zur Einlaßventilachse erweitert. Dabei bildet der sich von der engsten Kanalquerschnittsstelle aus wieder erweiternde und an der kegeligen Ventilsitzfläche endende Wandabschnitt zusammen mit der Rückseile des Einlaßventiltellers eine spitzwinklige Einlaßdüse, deren Einlaßwinkcl λ über den gesamten Umfang des Einlaßventiles gesehen überall gleich groß ist. Durch diese symmetrische Einlaßdüse ist der in den Zylinder einströmenden Luft in vorteilhafter Weise eine erhöhte Geschwindigkeit aufprägbar. Eine Drallbewegung aber ist der in den Zylinder einströmenden Luft durch eine solche Einlaßdüse jedoch nicht aufprägbar. Darüber hinaus ist es auch meist erforderlich, der in den Zylinder einströmenden Luft eine Richtungs- und Beschleunigungskomponente aufzuprägen, um die Zylinderfüllung in eine zur Zylinderachse rotierende Bewegung zu versetzen, mit dem Zweck, eine möglichst

ίο innige Vermischung der Luft mit dem einzuspritzenden Brennstoff zu erzielen. Auch dies ist mit der bekannten symmetrischen Düse nicht möglich. Für diesen Zweck wurden bei anderen bekannten Lösungen im Einlaßkanal speziell gestaltete Einbauten, wie Prall- oder Umlenkbleche, vorgesehen, durch die vorbeiströmende Luft durchaus hinreichend verwirbelt wurde. Diese Prall- oder Umlenkbleche verursachen jedoch einen ganz erheblichen Strömungsenergieverlust, so daß innerhalb des Zylinders keine augeprägte Drallkomponente mehr vorhanden war. Dem Zylinder war mithin zwar verwirbelte Luft, jedoch nicht Luft mit einer bestimmten Richtungskomponente zuführbar, die in der Lage gewesen wäre, der Zylinderfüllung eine ausreichend rotierende Drallbewegung aufzuprägen. Im übrigen ist auch schon versucht worden, durch spezielle Formgebung der Einlaßkanalwand der durchströmenden Luft eine solche Bewegungskomponenta aufzuprägen, daß dtese möglichst tangential gerichtet zur Zylinderwand in den Zylinder einströmen kann. Diese Lösungen bedingen jedoch eine Kanalführung im Zylinderkopf, die aus Platzgründen an Maschinen meist nicht realisierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einlaßkanal so auszubilden, daß die in den Zylinder der Brennkraftmaschine einströmende Luft nur mit minimalen Energieverlusten behaftet ist und über einen Umfangsbereich des Ventilsitzes mit höherer Geschwindigkeit in den Zylinder einströmt.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer derartigen Ausbildung des Einlaßkanals wird die Luft beim Eintritt in den Zylinder nicht nur beschleunigt, sondern diese gleichzeitig auch gezielt umgelenkt und dies zudem mit minimalen Strömungsverlusten. Letzteres deshalb, weil bei der erfindungsgemäßen Gestaltung des Einlaßkanals darauf geachtet wurde, daß der Einlaßkanal in allen Bereichen strömungsgünstig gestaltet ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile werden praktisch durch ein unmittelbar vor der Ventilsitzfläche erzeugtes Druckgefälle zwischen einem Umfangsbereich des einlaßventilseitig freigegebenen Durchlaßspaltes und dem übrigen Umfangsbereich erzielt, wobei auf der Seite jenes Umfangsbereiches mit dem niedrigeren Druck der durch den Durchlaßspult durchströmenden Luft eine höhere Geschwindigkeitskomponente aufgeprägt wird, welche praktisch tangen- tial zur Wand des Zylinders gerichtet ist und so der Zylinderfüllung eine um die Zylinderachse gerichtete Drallbewegung aufprägt. Für die Verwirbelung dieser im Zylinder befindlichen Luftmassen sorgen jene Luftströme, die den Durchlaßspalt in jenem Bereich durchdringen, in dem ein niedrigerer Druck und eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit gegeben sind.

Nachstehend sind mehrere Ausführungsbcispiclc des erfindungsgemäßen Einlaßkanales anhand der Zeich-

nung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine bekannter Bauart, mit einem Einlaßkanal, der in seinen charakteristischen Merkmalen bereits in der Beschreibungseinleitung disk utiert wurde,

F i g. 2,3 und 4 je einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem nach der Erfindung gestalteten Einlaßkanal.

Der in F i g. 1 aufgezeigte Zylinderkopf mit seinem Einlaßkanal bekannter Bauart soll lediglich als Vergleichsbasir dienen und helfen, die Unterschiede zwischen der erfindungsgemäßen Einlaßkanalform und der bekannten Einlaßkanalform deutlich zu machen. Dabei sind in den Darstellungen der Fig. 1 bis 4 bis auf den erfindungsgemäß unterschiedlich gestalteten Einlaßkanalabschnitt alle anderen Teile gleich, so daß ein unmittelbarer Vergleich zwischen der bekannten Lösung gemäß F i g. 1 und den erfindungsgemäßen Lösungen gemäß F i g. 2,3 und 4 möglich ist

In den die erfindungsgemäße Einlaßkanaiform aufzeigenden Fig. 2, 3 und 4 sind gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen angezogen.

In den F i g. 2,3 und 4 sind mit (1) insgesamt ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und mit (2) insgesamt ein Einlaßkanal bezeichnet. Letzterer ist durch den Ventilteller (3) eines mit seinem Schaft (4) im Zylinderkopf (1) geführten Einlaßventiles (5) auf- und zusteuerbar. Jene Position, in der sich das Einlaßventil (5) in Öffnungsstellung befindet und damit der Einlaßkanal (2) aufgesteuert ist, ist in den Figuren gestrichelt dargestellt. In dieser Öffnungsstellung ist durch das Ein'aßvenlil (5) ein ringförmiger Durchlaßspalt freigegeben, durch den Luft aus dem Einlaßkanal (2) in Richtung der Pfeile in den zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine einströmen kann. Der Einlaßkanal (2) ist in seinein brennraumseitigen Endbereich durch ein den Kanalquerschnitt etwas verengendes, sich bis zur engsten Kanalquerschnittsebene (7) erstreckendes Kanalteilstück (2/1) und ein sich daran anschließendes Kanalteilstück (2/2) gebildet. Dieses Kanalteilstück (2/2) erweitert sich, ausgehend von der engsten Kanalquerschnittscbenc (7), wieder zunehmend bis hin zu einer kegeligen Ventilsitzfläche (8). Durch den sich in spezieller Form erweiternden Wandabschnitt des Kanalteilstücks (2/2) und die Ventiltellerrückseite (9) ist so bei geöffnetem Ventil ein spitzwinkliger, düsenförmiger, unsymmetrischer Einströmquerschnitt (10) gebildet.

Um das Charakteristische der erfindungsgemäßen Einlaßkanalform zu verstehen, sei zunächst noch einmal auf die bekannte Einlaßkanalform gemäß Fig. 1 verwiesen. Der bekannte Einlaßkanal besitzt, wie bereits ausgeführt, auch schon eine spitzwinklige Einlaßdüse, die aber, weil sich deren Einlaßwinkel infolge symmetrischer Ausbildung des unmittelbar vor der Ventilsitzflache gelegenen Einlaßkanalwandabschnittes über den ganzen Umfang des Einlaßventils gesehen nicht ändert, symmetrisch ist. Letzteres hat zur Folge, daß bei offenem Einlaßventil die den dann gegebenen Durchlaßspalt durchströmende Luft am gesamten Umfang des Ventiltellers eine gleich hohe Geschwindigkeit besitzt und außerdem mit ringsum gleichem Winkel zur Einlaßventilachse in den Zylinder eintritt, d. h. die Luftmengen werden nur beschleunigt aber nicht umgelenkt.

Bei der erfindungsgemäßen Einlaßkanalform dagegen liegt die engste Kanalquerschnittsebene (7) des sich verengenden Kanalteilstücks (2/1) exzentrisch hinter dem Ventilteller (3) des Einlaßventils (5) und erstreckt sich vorzugsweise etwa in Höhe des Übergangs vom Ventilschaft (4) zum Ventilteller (3) des Einlaßventils (5). Zu dieser engsten Kanalquerschnittsebene (7) führt der Einlaßkanal (2). ausgehend von seiner größten Qtierschnittsebene, sich querschnittsmäßig verjüngend sowie unsymmetrisch bezüglich der Einlaßventilachse verlaufend hin. Von dieser engsten Kanalquerschnittsebene (T₁ ausgehend erweitert sich der Einlaßkanal (2) mit seinem Kanalteilstück (2/2) wieder unsymmetrisch zunehmend zur Ventilsitzfläche (8) hin. Die Form dieses Kanalteilstücks (2/2) ist mit Worten schwierig zu beschreiben; man kann ihm etwa die Form eines gekrümmten Trompetenrohres zuweisen. Durch einen Einlaßkanal (2) mit dieser Form ergibt sich ein exzentrisch wirksamer düsenförmiger Einströmquerschnitt (10), in dem nach öffnen des Einlaßventils Luft beim Durchströmen in einem Umfangsbereich des letzteren stärker beschleunigbar ist als im restlichen Umfangsbereich. Der Einlaßwinkel β dieses exzentrisch wirksamen düsenförmigen Einströmquerschnitts (10) ist dabei in jenem Umfangsbereich des Einlaßventils (5) am kleinsten, der auf jener Seite iiegt, nach der in den Zylinder einströmende Luft, um der Zylinderfüllung eine um die Zylinderachse kreisende Bewegung aufzuprägen, stärker als im übrigen Umfangsbereich beschleunigt werden soll.

Aus den F i g. 2,3 und 4 sind drei verschiedene Einlaßkanalformen, die der erfindungsgemäßen Geometrie gehorchen, ersichtlich. Dabei unterscheiden sich diese Einlaßkanalformen im wesentlichen nur im Kanalteil· stück (2/2), also dem sich von der engsten Kanalquerschnittsebene (7) ausgehend zur Ventilsitzfläche (8) hin nach Art eines gekrümmten Trompetenrohres erweiternden Kanalteilstück. Die erfindungsgemäße Einlaßkanalform kann sowohl bei ventilsitzringlosen Einlaßkanälen, als auch bei Einlaßkanälen mit gekühlten oder ungekühlten Ventilsitzringen angewandt werden. Die erfindungsgemäße Form des Einlaßkanals kann dabei durch Gießen oder Schmieden der endgültigen Form oder durch Gießen oder Schmieden und anschließende spanabhebende Nachbearbeitung realisiert werden. Wie im übrigen aus den Darstellungen der F i g. 2, 3 und 4 ersichtlich, erfüllen alle Einlaßkanäle die Forderung nach einer möglichst strömungsgünstigen Kanalform, so daß nur minimale Strömungsverluste auftreten können.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Durch den Ventilteller eines Einlaßventiles auf- und zusteuerbarer Einlaßkanal im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit einem ersten Kanalteilstück, das, ausgehend von seiner größten Querschnittsebene, sich verjüngend sowie unsymmetrisch bezüglich der Einlaßventilachse verlaufend zur engsten Kanalquerschnittsebene hinführt, sowie mit einem sich daran anschließenden zweiten Kanalteilstück, das sich von der engsten, hinter dem Ventilteller etwas in Höhe von dessen Übergang zum Ventilschaft gegebenen Kanalquerschnittsebene aus wieder erweitert, an einer kegeligen Ventilsitzfläche endet und mit der Rückseite des Einlaßventiltellers einen spitzwinkligen, düsenförmigen Einlaßquerschnitt bikiet, dadurch gekennzeichnet, daii die engste Kanalquerschnittsebene exzentrisch hinter dem Ventilteller (3) des Einlaßventils (5) liegt, und das zweite Kanalteilstück von der engsten Kanalquerschnittsebene (7) ausgehend sich zur Ventilsitzfläche (8) hin unsymmetrisch zunehmend erweitert, wobei der Einlaßwinkel (ß) des düsenförmigen Einströmquerschnittes (10) in jenem Umfangsbereich des Einlaßventils (5) am kleinsten ist, der auf jeder Seite liegt, nach der die in den Zylinder einströmende Luft stärker als im übrigen Umfangsbereich beschleunigt werden soll.

2. Einlaßkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die engste Kanalquerschnittsebene (7) des sich verengenden Kanalteilstücks (2/1) exzentrisch zur Einlaßventilachse hinter dem Ventilteller (3) etwa in Höhe des Übergangs vom Ventilschaft (4) zum Ventilteller (3) des Einlaßventils (5) erstreckt (F i g. 2 und 3).

3. Einlaßkanal nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß das sich ausgehend von der engsten Kanalquerschnittsebene (7) unü bis zur Ventilsitzfläche (8) hin erweiternde Kanalteilstück (2/2) etwa die Form eines gekrümmten Trompetenrohres besitzt (Fig-2).