DE4210764C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kol­ benschieber gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In der EP 0 114 184 A2 ist eine Brennkraftmaschine mit einer gattungsgemäßen Gaswechselsteuerung dargestellt. Die vom Kol­ benschieber in einer Stellung verschlossene Ventilöffnung er­ weitert sich zylinderkopfseitig zu einem ringförmigen, den Kol­ benschieber umfassenden Anströmkanal, an dem radial zur Kolben­ schieberbohrung der Einlaßkanal anschließt. Durch die aufgrund der Gestaltung des Einströmbereiches erzwungene krasse Rich­ tungsänderung der Ansaugluftströmung beim Einströmen in den Brennraum wird der Strömungsverlauf sehr stark gestört und es kommt zu nachteiligen, den Strömungswiderstand erhöhenden und damit den Zylinderfüllungsgrad vermindernden Turbulenzen, die außerdem die Homogenität der Zylinderfüllung negativ beein­ flussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gaswechselkanal für eine Brennkraftmaschine mit einer kolbenschiebergesteuerten Ventilöffnung so zu gestalten, daß eine maximale und homogene Zylinderfüllung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn­ zeichnen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Gestaltung des Gas­ wechselkanales an einem Einlaßventil mit einer kolbenschieber­ gesteuerten Ventilöffnung kann eine optimale Zylinderfüllung sowohl in Bezug auf die Ladungsmenge als auch in Bezug auf die Homogenität der Ladungsverteilung im Brennraum erreicht werden.

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt durch ein Motorgehäuse in einer Seitenansicht, wobei auf die Darstellung der für die Er­ findung unwesentlichen Teile weitgehend verzichtet wurde.

Das mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Motorgehäuse umfaßt in einer einteiligen Ausführung sowohl den Bereich des Motor­ blockes mit einer Zylinderlaufbuchse 2 und einen Kolben 3 als auch den Zylinderkopf 4 mit einem Einlaßventil 5 und einem Aus­ laßventil 6.

Die nachfolgende Beschreibung ist auf den für die Erfindung re­ levanten Bereich des Einlaßventiles 5 beschränkt, wobei jedoch eine Anwendung der Erfindung im Auslaßbereich ebenfalls möglich ist.

Das Einlaßventil 5 besteht aus einer in einen Brennraum 7 ein­ mündenden kreisförmigen Ventilöffnung 8, die von einem zylind­ rischen, brennraumseitig mit einem geschlossenen Schieberboden 9 versehenen Kolbenschieber 10 sperrbar ist. Dieser Kolben­ schieber 10 ist paßgenau in einer Kolbenschieberbohrung 11 auf­ genommen und stützt sich auf der dem Brennraum 7 abgewandten Seite über zwei im Kolbenschieber 10 gelagerte und symmetrisch zu einer Kolbenschieberlängsachse 12 angeordnete Laufrollen 13 gegen zwei entsprechende, auf einer Nockenwelle 14 angeordnete Schließnocken 15 ab. Zu beiden Seiten der Laufrollen 13 ver­ längert sich der Kolbenschieber 10 zu einem ringartigen, von der Nockenwelle 14 durchragten und aus mehreren Einzelbauteilen zusammengesetzten Führungsteil 16. Dieses Führungsteil 16 nimmt über ein oberes Querteil 17 eine weitere, von der Kolbenschie­ berlängsachse 12 mittig geschnittene Laufrolle 13 auf, die mit einem, zwischen den beiden Schließnocken 15 angeordneten Öff­ nungsnocken 18 zusammenwirkt. Diese Einrichtung zur Betätigung des Einlaßventiles 5 ist so gestaltet, daß durch die im Zusam­ menspiel mit den Laufrollen 13 in entgegengesetzte Richtungen wirkenden und in ihrer Hubhöhe aufeinander abgestimmten Nocken 15, 18 der Kolbenschieber 10 in seiner von der jeweiligen Win­ kellage der Nockenwelle 14 bestimmten Position ausreichend ex­ akt fixiert ist, wobei im geschlossenen Zustand der Schieber­ boden 9 bündig mit der Innenkontur des Brennraumes 7 ab­ schließt. Weiterhin ist an beiden Seiten des Führungsteiles 16 jeweils eine parallel zur Kolbenschieberlängsachse 12 verlau­ fende Gleitführung 19 angeordnet, durch die im Zusammenwirken mit entsprechenden gehäusefesten Führungsbahnen 20, die durch die Drehbewegung der Nocken 15, 18 bewirkten Querkräfte aufge­ nommen werden.

Oberhalb der zum Brennraum 7 offenen Ventilöffnung 8 münden die beiden spiegelbildlich zur Kolbenschieberlängsachse 12 gegen­ über angeordneten Einlaßkanäle 21 in die Kolbenschieberbohrung 11 ein, wobei zwischen der Unterkante 22 der Mündungsöffnungen 23 und der Ventilöffnung 8 in den Brennraum 7 ein ausreichend breiter, bei geschlossenen Einlaßventil 5 von dem Kolbenschie­ ber 10 überdeckter Dichtsteg 24 vorhanden ist.

Mit einem geringen Abstand zum brennraumseitigen Ende ist in die zylindrische Außenkontur des Kolbenschiebers 10 eine um­ laufende Kolbenringnut eingearbeitet, in die ein federnd in der Kolbenschieberbohrung 11 anliegender Kolbenring 25 aufgenommen ist. Dieser Kolbenring 25 dichtet in geschlossener Stellung des Einlaßventiles 5 den Spalt des Laufspieles zwischen dem Kol­ benschieber 10 und der Kolbenschieberbohrung 11 im Bereich des Dichtsteges 24 gasdicht ab.

Zur Führung des Kolbenringes 25 im Bereich der durch die Mün­ dungsöffnungen 23 unterbrochenen Kolbenschieberbohrung 11 bzw. zur Verhinderung des Aufspreizens des Kolbenringes 25 in die Mündungsöffnungen 23 können nicht dargestellte Ringführungs­ stege angeordnet sein, wobei die Ringführungsstege die Mün­ dungsöffnungen 23 in Längsrichtung der Kolbenschieberbohrung 11 überbrücken und so gestaltet sind, daß der Strömungsverlauf der Einlaßströmung nur unwesentlich behindert wird.

Die Anzahl und Anordnung der erforderlichen Ringführungsstege ist dabei neben den Eigenschaften des Kolbenringes 25 wesent­ lich von der Breite der Einlaßkanäle 21 abhängig, die wiederum maßgeblich von den angestrebten Effekten im Gaswechselprozeß bestimmt wird.

Im weiteren ist das Querschnittsprofil der Einlaßkanäle 21 so gestaltet, daß die für den Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkt maß­ geblichen Unterkanten 22 der Mündungsöffnungen 23 im wesent­ lichen parallel zur Außenkante 26 des Schieberbodens 9 verlau­ fen und die Mündungsöffnungen 23 in der maximalen Öffnungs­ stellung des Kolbenschiebers 10 vollkommen freigegeben sind.

Die in einer Motorquerebene symmetrisch gegenüberliegend in die Schieberbohrung 11 mit einem Winkel α von ca. 45° zur Ventil­ öffnung 8 geneigt einmündenden Einlaßkanäle 21 sind erfindungs­ gemäß so angeordnet und dimensioniert, daß deren gedachte ge­ radlinige Verlängerungen 27 die an den Brennraum 7 angrenzende Ventilöffnung 8 im wesentlichen frei durchragen, wobei sich in einer ersten Ausführungsvariante die gedachten Verlängerungen von Mittelachsen 28 der Einlaßkanäle 21 in einem Punkt "S" auf der Schieberlängsachse 12 schneiden.

Bei dieser Ausführungsvariante treffen die in den Brennraum 7 einströmenden Teilströme der Frischgase symmetrisch mit einem Winkel von ca. 90° aufeinander. Durch dieses Aufeinandertreffen zerstreuen sich diese Frischgasströme im Brennraum 7, wodurch eine relativ hohe Homogenität der Zylinderfüllung erreicht wird. Die durch das Aufeinandertreffen der Teilströme eintre­ tenden Strömungsverluste werden jedoch dadurch kompensiert, daß bei dieser Ausführung maximale Querschnitte bzw. eine maximale Breite der Einlaßkanäle 21 ermöglicht sind.

Davon abweichend ist es in einer zweiten Ausführungsvariante möglich, die Einlaßkanäle 21 derart versetzt zueinander anzu­ ordnen, daß deren gedachte Verlängerungen 27, welche die Ven­ tilöffnung 8 ebenfalls im wesentlichen geradlinig durchragen, beiderseits der Kolbenschieberlängsachse 12 aneinander vorbei­ geführt sind. Mit dieser Anordnung wird durch das außermittige Einströmen der Teilströme in den Brennraum 7 eine intensive Drallbewegung der Frischgasfüllung erreicht. Die hierbei ein­ tretenden Strömungsverluste sind sehr gering, die mögliche Breite der Einlaßkanäle 21 ist jedoch auf etwa das 1/2fache des Durchmessers der Kolbenschieberbohrung 11 begrenzt.

Die konkrete Auswahl zwischen den aufgeführten Ausführungsva­ rianten ist von der Brennraumform, von den beabsichtigten Ein­ strömeffekten und weiteren Faktoren z. B. Drehzahlen und Lade­ druck abhängig, wobei sowohl Mischformen zwischen den aufge­ führten Ausführungsvarianten als auch davon abweichende Varianten möglich sind.

Die Einlaßkanäle 21 sind beiderseits jeweils in einem Bogen 29 um die Gleitführungen 19 des Führungsteiles 16 herumgeführt und münden oberhalb des Führungsteiles 16 in einem gemeinsamen An­ saugkrümmer 30, wobei für jeden Einlaßkanal 21 eine Einspritz­ düse 31 an einer geeigneten Stelle des jeweiligen Einlaßkanales 21 bzw. im Ansaugkrümmer 30 angeordnet ist.

Dabei können parallel zueinander verlaufende Wandungsbereiche 32 der Einlaßkanäle 21 im Bereich der Gleitführungen 19 direkt als Führungsbahnen 20 zur Aufnahme dieser Gleitführungen 19 ausgebildet sein.

Claims (3)

1. Brennkraftmaschine mit einem als Kolbenschieber (10) ausge­ bildeten Gaswechselventil zur Steuerung einer Ventilöffnung (8), von der ein Gaswechselkanal abführt, wobei der Gaswech­ selkanal aus einem Strömungskanal gebildet ist, der mit einer gedachten Verlängerung (27) die an einen Brennraum (7) angren­ zende Ventilöffnung (8) im wesentliche geradlinig durchragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaswechselkanal für die Frischgaszuführung aus zwei Einlaßkanälen (21) derart gebildet ist, daß die Mittelachsen (28) der Einlaßkanäle (21) symmetrisch gegenüberliegend und versetzt zur Kolbenschieberlängsachse (12) verlaufen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsöffnungen (23) der Einlaßkanäle (21) in eine an die Ventilöffnung (8) angrenzende Kolbenschieberbohrung (11) in gleicher Öffnungsebene angeordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gedachten geradlinigen Verlängerungen (27) der Einlaß­ kanäle (21) die Ventilöffnung (8) in einem Winkel (α) von 40° bis 50° durchdringen.