DE4205237A1 - Einlasskanal in einem zylinderkopf einer brennkraftmaschine mit mindestens zwei einlassventilen pro zylinder - Google Patents
Einlasskanal in einem zylinderkopf einer brennkraftmaschine mit mindestens zwei einlassventilen pro zylinderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Einlaßkanal in einem Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlaßventilen pro
Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 36 19 550 A1 ist ein gattungsgemäßer Einlaßkanal in
einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei
Einlaßventilen und einem gemeinsamen Einlaßkanal pro Zylinder
bekannt. Dieser Einlaßkanal ist durch eine sich über bestimmte
Bereiche erstreckende Trennwand in zwei teilweise voneinander
getrennte Ansaugfluten geteilt, wobei entsprechend den Lastbe
dingungen eine in einer Ansaugflut angeordnete Drosselklappe
auf- oder zusteuerbar ist. Im Teillastbereich ist die Drossel
klappe geschlossen, so daß eine minimale Zylinderfüllung mit
großer Drallgeschwindigkeit nur über eine Ansaugflut und nahezu
vollständig nur über ein Einlaßventil erfolgt, wobei unter
diesen Lastverhältnissen leistungsmindernde Strömungsverluste
auftreten. Im Vollastbereich wird bei offener Drosselklappe die
Drallbewegung durch eine der Drallrichtung entgegengerichtete
Strömung gezielt vermindert, wobei jedoch durch die Drallunter
drückung notwendigerweise relativ große Strömungsverluste auf
treten, die in nachteiliger Weise gerade im Vollastbereich die
Zylinderfüllung vermindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Einlaßkanal in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit
mindestens zwei Einlaßventilen und einem gemeinsamen Einlaß
kanal pro Zylinder mit einfachen Mitteln so zu gestalten, daß
entsprechend der jeweiligen Lastbedingungen unter minimalsten
Strömungsverlusten eine optimale Zylinderfüllung erreichbar ist
um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk
malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der
Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn
zeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unter
ansprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kennzeichnen.
Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung eines gattungsgemäßen Ein
laßkanales ist durch eine entsprechende Einstellung einer Dros
selklappe, welche stufenlos zwischen den Endstellungen oder in
Stufen einstellbar ist, bei Teillast eine relativ gedrosselte
Zylinderfüllung und bei Vollast eine maximale Zylinderfüllung
zu erzielen, ohne daß der Wirkungsgrad durch erhöhte Strömungs
verluste vermindert wird, wobei sich eine der jeweiligen Fül
lung entsprechende optimale Drallbewegung der Zylinderfüllung
einstellt. Damit wird die Zündwilligkeit sowie das Brennverhal
ten der Zylinderfüllung und in der Folge der motorische Wir
kungsgrad der Brennkraftmaschine weiter verbessert.
Durch die aufgrund der zweiflutigen Ausführung der Ansauganlage
im Teillastbereich realisierbaren relativ kleinen Volumen der
im Ansaugssystem bewegten Luftmenge wird weiterhin in vorteil
hafter Weise das instationärverhalten d. h. das Ansprechverhal
ten des Dieselmotors auf plötzliche Laständerungen verbessert,
da die Massenträgheit der Ansaugluftmenge entsprechend vermin
dert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen
Zeichnung am Beispiel eines mehrzylindrigen, direkteinspritzen
den Dieselmotores näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Einlaßkanales in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 in einer Drauf
sicht.
Ein direkteinspritzender Dieselmotor weist einen mit dem Be
zugszeichen 1 bezeichneten Zylinderkopf auf, in dem ein Einlaß
kanal 2 für die Zuführung der Ansaugluft in einen Brennraum 3,
ein Auslaßkanal 4, ein Konstantdrosselventil 5 sowie eine zen
trale Einspritzdüse 6 angeordnet ist. Der Brennraum 3 wird ei
nerseits durch den Zylinderkopf 1 und andererseits durch die
nicht dargestellte Zylinderlaufbuchse mit Kolben eingegrenzt.
Der Einlaßkanal 2 ist mit dem Brennraum 3 über zwei Ventilöff
nungen 7, 8 verbunden, welche einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen und die jeweils mittels eines Einlaßventiles 9 auf-
und zusteuerbar sind, wobei deren Mittellängsachsen 10 parallel
zu einer Zylinderlängsachse angeordnet sind.
Eine längs der Ansaugrichtung verlaufende und parallel zu den
Mittellängsachsen 10 der Einlaßventile 9 angeordneten Trennwand
11 teilt den Einlaßkanal 2 in eine Füllungsflut 12 und eine
Drallflut 13. Stromauf setzen sich die voneinander getrennten
Fluten 12, 13 des Einlaßkanales 2 in einem an den Zylinderkopf 1
angeflanschten, zweiflutigen Ansaugkrümmer 14 fort, der aus
ebenfalls zweiflutigen Ansaugstutzen 15 besteht, welche in von
einander getrennte und längs der Zylinderbank der Brennkraft
maschine verlaufende Ansaugrohre 16, 17 einmünden. Mittels ei
ner, in Fig. 1 halb geöffnet dargestellten Drosselklappe 18 ist
die Zuströmseite des Ansaugrohres 16 zur Füllungsflut 12 ver
schließbar.
An dieser Lösung ist es besonders vorteilhaft, daß auch bei
mehrzylindrigen Motoren das Drosseln der Füllungsflut 12 mit
nur einer Drosselklappe 18 möglich ist, wodurch die Bauaus
führung wesentlich vereinfacht wird und damit kostengünstiger
sowie weniger störanfällig realisierbar ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, daß im Ge
gensatz zu der beschriebenen, vorteilhaften Lösung für jeden
Zylinder eine gesonderte, an geeigneter Stelle angeordnete
Drosselklappe verwendet wird.
In Strömungsrichtung des Einlaßkanales 2 sind die beiden Ven
tilöffnungen 7, 8 im wesentlichen hintereinander angeordnet, wo
bei der Einlaßkanal 2 im Anströmbereich 19 der Ventilöffnungen
7, 8 flach abfallend verläuft und jeweils bogenförmig in eine
der vertikal durchströmten Ventilöffnungen 7, 8 übergeht. In
jeden dieser bogenförmig ausgebildeten Bereiche ragt gegenüber
Ventilöffnung 7, 8 jeweils eine zapfenförmige Erhebung 20 hin
ein, in der eine Ventilführung 21 zentrisch zur jeweiligen Ven
tilöffnung 7, 8 angeordnet ist.
Die den Einlaßkanal 2 in eine Füllungsflut 12 und eine Drall
flut 13 teilende Trennwand 11 endet stromab unmittelbar im An
strömbereich 19 der stromauf liegenden Ventilöffnung 7, wobei
die Füllungsflut 12 und die Drallflut 13 in gleicher Höhe ne
beneinander verlaufen. Die stromauf liegende Ventilöffnung 7
wird durch die Füllungsflut 12 direkt geradlinig anströmt, so
daß durch diese Füllungsflut 12 annähernd keine Drallbewegung
der Ansaugströmung beim Einströmen in den Brennraum 3 verur
sacht wird, wobei die Breite der Füllungsflut "b" jedoch ge
ringer ist als der Durchmesser "d" der geradlinig angeströmten
Ventilöffnung 7. Die der Trennwand 11 gegenüberliegende äußere
Wandung 22 der Füllungsflut 12 geht übergangslos tangential in
die Ventilöffnung 7 über, während eine gedachte Verlängerung 23
der das Verhältnis der Breite "b" der Füllungsflut 12 zur
Breite "e" der Drallflut 13 bestimmende Trennwand 11 die Ven
tilöffnung 7 außermittig schneidet und dabei etwa die äußere
Kontur der in den Einlaßkanal 2 hineinragenden zapfenförmige
Erhebung 20 tangiert. Der durch die Trennwand 11 von einer ge
radlinigen Anströmung durch die Füllungsflut 12 abgetrennte
Kreisabschnitt 24 der Ventilöffnung 7, der jedoch im Verhältnis
zu der durch die Füllungsflut 12 geradlinig angeströmten Kreis
abschnitt 25 eine wesentlich geringere Fläche einnimmt, wird
durch die der Ventilöffnung 7 zugewandten Randzone 26 der
Drallflut 13 überwiegend in tangentialer Richtung angeströmt.
Diese tangentiale Anströmung der Ventilöffnung 7 durch die
Drallflut 13 wird dadurch noch verstärkt, daß im Anströmbereich
19 der Ventilöffnung 7 auf der dieser Ventilöffnung 7 abgewand
ten Seite des Einlaßkanales 2 eine querschnittsverengende Wand
ausbauchung 27 angeordnet ist, die die Ansaugströmung zusätz
lich in Richtung der stromauf liegenden Ventilöffnung 7 aus
lenkt.
Der größere Anteil des Strömungsquerschnittes der Drallflut 13
dient jedoch der Anströmung der weiter stromab angeordneten
zweiten Ventilöffnung 8, wobei der Endbereich des Einlaßkanales
2 bzw. der Drallflut 13 in bekannter Weise so ausgebildet ist,
daß eine drallförmige Verwirbelung der Ansaugströmung erreicht
wird.
Die Richtung tangentialen Anströmung der stromauf liegenden
Ventilöffnung 7 sowie die Anströmung der zweiten Ventilöffnung
8 sind so gestaltet, daß der Drall der Ansaugströmungen in
beiden Ventilöffnungen 7, 8 und weiterführend im Brennraum 3 in
gleiche Richtung erfolgt.
In Teillastbereichen wird eine im Verhältnis zur Vollastmenge
geringe Kraftstoffmenge mit einem relativ geringen Einspritz
druck in den Brennraum 3 eingespritzt. Dieses führt zu einer
unzureichenden Homogenität des Gemisches und in der Folge davon
werden die Zündwilligkeit und Brenneigenschaften negativ beein
flußt. Die Aufbereitung des Gemisches im Brennraum 3 und damit
die Zündwilligkeit und das Brennverhalten der Zylinderfüllung
kann jedoch durch intensives Verwirbeln der Verbrennungsluft
wesentlich verbessert werden, wodurch die in Teillastbereichen
eintretenden negativen Erscheinungen vermieden bzw. vermindert
werden. Um dieses zu erreichen, wird die Drosselklappe 18 und
damit die Füllungsflut 12 geschlossen. Die stromauf angeordne
te Ventilöffnung 7 wird nun ausschließlich über die Randzone 26
der Drallflut 13 in drallerzeugender Weise tangential ange
strömt, da die drallbehindernde geradlinige Anströmung durch
die Füllungsflut 12 entfällt. Diese dadurch erzielte Drallbewe
gung überlagert und ergänzt sich in vorteilhafter Weise mit der
Drallbewegung der Ansaugströmungen der stromab angeordneten
Ventilöffnung 8.
In den Lastbereichen z. B. Vollast-, in welchen auf Grund der
höheren Einspritzmenge und -drücke der Kraftstoff auch bei we
niger guter Verwirbelung gut aufbereitet wird, ist die Dros
selklappe 18 geöffnet, so daß auch die Füllungsflut 12 unge
drosselt durchströmbar ist.
Die stromauf angeordnete Ventilöffnung 7 wird nun über den ge
samten Strömungsquerschnitt im wesentlichen geradlinig mit ge
ringsten Strömungswiderstand durchströmt, wodurch ein maximaler
Füllungsgrad erreicht wird. Im Vergleich zum gedrosselten Zu
stand des Ansaugquerschnittes werden in vorteilhafter Weise nur
noch wesentlich reduzierte Drallbewegung zugelassen, indem nun
mehr nur noch über die stromab angeordnete Ventilöffnung 8
Drallströmungen in den Brennraum 3 eingebracht werden, welche
zusätzlich durch die im wesentlichen drallfreie, über die Fül
lungsflut einströmende Füllung gedämpft werden.
Durch die aufgrund der zweiflutigen Ausführung der Ansauganlage
realisierbaren relativ kleinen Volumen der im Ansaugssystem
vorhandenen bzw. bewegten Luftmenge wird in vorteilhafter Weise
das Instationärverhalten d. h. das Ansprechverhalten des Diesel
motors auf plötzliche Laständerungen verbessert, da die Massen
trägheit der Ansaugluftmenge entsprechend vermindert wird.
Dieses relativ kleine Volumen der in der Ansauganlage vorhan
denen bzw. zu bewegenden Luftmenge wird im Teillastbereich
durch das Sperren der Füllungsflut 12 erreicht, wogegen die für
den Vollastbetrieb erforderliche große Ansaugluftmenge bei un
gedrosselten Ansaugquerschnitt die Füllungsflut 12 ohne zusätz
liche Strömungswiderstände durchströmen kann.
Erfindungsgemäß kann die Stellung der Drosselklappe 18 mit Hil
fe einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Parametern wie
Motorlast und Motordrehzahl oder manuell in Verbindung mit der
Fahrpedalstellung in Stufen oder stufenlos zwischen den End
stellungen geregelt werden.
Claims (5)
1. Einlaßkanal in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine
mit mindestens zwei Einlaßventilen pro Zylinder, der an beide
Ventilöffnungen anschließt und mittels mindestens einer in
Strömungsrichtung verlaufenden Trennwand teilweise in zwei Flu
ten getrennt ist, wobei ein zu den Ventilöffnungen gerichtetes
Ende der Trennwand in den direkten Anströmbereich der Ventil
öffnungen ragt, wobei eine erste Flut, welche überwiegend auf
die im wesentlichen geradlinig angeströmte erste Ventilöffnung
gerichtet ist, mittels einer Drosselklappe auf und zusteuerbar
ist und eine zweite Flut, mit einem an die Ventilöffnung an
grenzenden, drallerzeugend ausgebildete Endbereich überwiegend
auf die zweite Ventilöffnung gerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ventilöffnungen (7, 8) in Längsrichtung des Einlaßkana
les (2) im wesentlichen hintereinander angeordnet sind, wobei
der drallerzeugend ausgebildeten Anströmbereich (19) der zwei
ten Ventilöffnung (8) stromab der im wesentlichen geradlinig
angeströmten ersten Ventilöffnung (7) angeordnet ist und wobei
die Trennwand (11) so angeordnet ist, daß eine gedachte Ver
längerung (23) der Trennwand (11) die im wesentlichen gerade
angeströmte erste Ventilöffnung (7) außermittig derart schnei
det, daß ein im angeströmten Bereich der überwiegend auf die
zweite Ventilöffnung (8) gerichteten Flut liegender Abschnitt
der ersten Ventilöffnung (7) im wesentlichen tangential ange
strömt ist.
2. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gedachte Verlängerung (23) der im Anströmbereich (19)
der ersten Ventilöffnung (7) endenden Trennwand (11) etwa die
äußere Kontur einer in den Einlaßkanal (2) über der ersten Ven
tilöffnung (7) hineinragenden und eine Ventilführung (21) auf
nehmenden zapfenförmige Erhebung (20) tangiert.
3. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Anströmbereich (19) der Ventilöffnung (7) auf der dieser
Ventilöffnung (7) sowie der Trennwand (11) abgewandten Seite
des Einlaßkanales (2) eine querschnittsverengende Wandaus
bauchung (27) angeordnet ist.
4. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellung der Drosselklappe (18) mit Hilfe einer Steuer
einrichtung in Abhängigkeit von Motorlast und Motordrehzahl
einstellbar ist.
5. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellung der Drosselklappe (18) manuell in Verbindung
mit der Fahrpedalstellung einstellbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4205237A DE4205237C2 (de) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Einlaßkanal in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlaßventilen pro Zylinder |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4205237A1 true DE4205237A1 (de) | 1993-08-26 |
DE4205237C2 DE4205237C2 (de) | 1994-06-01 |
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ID=6452212
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DE4205237A Expired - Fee Related DE4205237C2 (de) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | Einlaßkanal in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlaßventilen pro Zylinder |
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DE (1) | DE4205237C2 (de) |
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- 1992-02-21 DE DE4205237A patent/DE4205237C2/de not_active Expired - Fee Related
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