DE69208539T2

DE69208539T2 - Einlasssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69208539T2
Application number: DE69208539T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Isaka; Masahiro Ito
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-06-30
Also published as: EP0520518B1; DE69208539D1; EP0520518A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock, wobei der Zylinderkopf zumindest teilweise eine Brennkammer begrenzt, eine Einlaßkanalanordnung, die zumindest ein Einlaßventil eines Zylinders beschickt, wobei die Einlaßkanalanordnung durch ein Steuerventil gesteuert ist, das in dem Zylinderkopf drehbar gelagert ist, wobei sich die Achse des Steuerventils quer zu dem Strömungsweg der Einlaßladung und durch die Einlaßkanalanordnung erstreckt, und einer Richtplattenanordnung, die in einem stromabseitigen bzw. strömungsauslaßseitigen Endabschnitt eines Einlaßkanals angeordnet ist.
Der Aufbau des Einlaßkanals und des Einlaß- bzw. Ansaugsystems einer Brennkraftmaschine ist sehr wichtig beim Festlegen deren Leistung unter allen Laufbedingungen. Deshalb sind Vorrichtungen bereits zum Einlassen bestimmter Typen einer Bewegung innerhalb des Zylinders vorgeschlagen worden, zumindest unter einigen Laufbedingungen, um so das Gemisch, die Verteilung und die Turbulenz in der Brennkammer zu verbessern. Allerdings sollten diese eine Turbulenz induzierenden Vorrichtungen nicht mit der volumetrischen Effizienz unter hoher Geschwindigkeit in Wechselwirkung treten.
Ein Ansaug- bzw. ein Einlaßsystem für eine Brennkraftmaschine wurde bereits in der EP-A-500123 oder der EP-A-500124, veröffentlicht am 26.08.92, des Anmelders vorgeschlagen, das die wirbel- und/oder walzenartige bzw. Tumble-Bewegung der Einlaßladung verbessert, um eine Turbulenz in der Brennkammer zu erzeugen, zu der die Einlaßladung zugeführt wird. Insbesondere wurde ein quer angeordnetes Drehschieber-Steuerventil, das Ausschnitte so besitzt, um mit dem Querschnitt des Einkaßkanals übereinzustimmen, angewandt, um die Brennkammer zu schließen, und zwar insbesondere an einer Ausbuchtung des Einlaßkanals positioniert, um die erwünschte Verwirbelungs- und/oder Tumble-Bewegung der Einlaßladung zu induzieren.
Eine Brennkraftmaschine des vorstehend angegebenen Typs ist aus der JP-A-62 107 228 bekannt, die eine Richtplattenanordnung darstellt, die an einem auslaufseitigen Endabschnitt des Einlaßkanals angeordnet ist.
Gerade obwohl die Lösungen für einige Anwendungen die erwünschten Effekte ausreichend bewirken, ist es dennoch wünschenswert, die Kontrollierbarkeit der Einleitung einer Verwirbelung und/oder eines Tumbles bzw. Walzenbildung auf die Einlaßladung in Abhängigkeit der Maschinenlaufbedingungen zu verbessern, um dadurch die Variationsfähigkeit der Strömungsmuster, die erzielbar sind, zu erhöhen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brennkraftmaschlne zu schaffen, die eine verbesserte Wahlmöglichkeit einer Aufbringung einer Verwirbelungs- und/oder Tumble- bzw. Walzen-Bewegung auf die Einlaßladung in Abhängigkeit unterschiedlicher Laufbedingungen liefert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend angegebene Aufgabe dadurch gelöst, daß das Steuerventil an einer Ausbuchtung einer Unterseite der Einlaßkanalanordnung nahe der Brennkammer angeordnet ist, wobei sich die Richtplattenanordnung von einem Einlaßventilabschnitt nach oben in die Einlaßkanalanordnung erstreckt.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail anhand verschiedener Ausführungsformen davon in Verbindung mit den beigefugten Zeichnungen erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Teilansicht einer Brennkraftmaschine, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, wobei ein Abschnitt aufgebrochen und im Querschnitt dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt eine weitere, vergrößerte Ansicht des Brennkammerbereichs der Maschine und die Einlaßöffnung entlang derselben Ebene wie Figur 1.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 3-3 der Figur 2 vorgenommen ist.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, die entlang der Linie 4-4 der Figur 1 vorgenommen ist.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die das Zusammenwirken des Steuerventils mit der Richtplatte darstellt.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, teilweise ähnlich der Figur 2, und stellt eine andere Ausführungsform der Erfindung dar.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 7-7 der Figur 6 vorgenommen ist.
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, teilweise ähnlich der Figur 5, die das Zusammenwirken des Steuerventils mit der Richtplatte in dieser Ausführungsform darstellt.
Fig. 9 zeigt eine Seitenaufrißansicht einer Brennkraftmaschine, die gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, wobei ein Abschnitt aufgebrochen ist.
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 10-10 der Figur 9 vorgenommen ist.
Fig. 11 zeigt eine andere Teilansicht einer Brennkraftmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Ansicht ähnlich der Figuren 2 und 6.
Fig. 12 zeigt eine vergrößerte, perspektivische Ansicht der Richtplatte gemäß Figur 10.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Wie zunächst die Ausführungsformen der Figuren 1-5 und zu Anfang primär die Figur 1 zeigt, ist eine Brennkraftmaschine, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, teilweise dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Die Erfindung befaßt sich primär mit dem Einlaß- bzw. Ansaugsystem für die Maschine 11, und aus diesem Grumd ist nur der Einlaßabschnitt der Maschine im Detail zusammen mit bestimmten, benachbarten Komponenten zu Orientierungszwecken dargestellt worden. Zusätzlich wird davon ausgegangen, daß eine Querschnittsansicht, die durch nur einen einzelnen Zylinder der Maschine 11 vorgenommen ist, alles beinhaltet, was für notwendig gehalten wird, um den Aufbau und die Betriebsweise dieser Ausführungsform zu verstehen. Es wird davon ausgegangen, daß es für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich ist, wie die Erfindung bei Mehrzylindermaschinen irgendeiner Konfiguration eingesetzt werden kann.
Die Maschine 11 umfaßt einen Zylinderblock 12, der eine eingepreßte oder eingegossene Zylinderlaufbuchse 13 besitzt, die in einer Zylinderbohrung 14 gebildet ist, in der sich ein Kolben 15 hin- und herbewegt. Der Zylinderblock 12 ist an einem Kurbelgehäuseteil befestigt, das teilweise bei 16 dargestellt ist, in dem eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) für eine Drehung gehalten ist. Ein Verbindungsstab 17 verbindet den Kolben 15 mit der Kurbelwelle für einen Antrieb der Kurbelwelle in einer bekannten Art und Weise.
Eine Zylinderkopfanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet ist, ist an dem Zylinderblock 12 in einer geeigneten Art und Weise befestigt. Der Zylinderkopf 18 besitzt eine untere Oberfläche 19, die passend mit dem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 12 und der Zylinderlaufbüchse 13 in Eingriff gebracht ist und der eine Brennkammer teilweise mittels einer Ausnehmung 21 festlegt, die in der unteren Oberfläche 19 des Zylinderkopfs 18 gebildet ist.
Eine Kraftstoff/Luftbeladung wird zu den Brennkammern 21 durch ein Einlaßsystem zugeführt, das allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist. In dieser Ausführungsform umfaßt das Einlaßsystem eine Ladungsbildungseinrichtung 23 in der Form eines variablen Venturi-Vergasers 23, der Atmosphären-Luft von einer Luftreinigungseinrichtung (nicht dargestellt) anzieht. Der Vergaser 23 ist mit einem Einlaßkanal 24 ausgebildet, in dem ein gleitender Drosselkolben 25 für eine Hin- und Herbewegung gehalten ist, wobei der Kolben so betätigt wird, um einen konstanten Druckabfall durch den Einlaßkanal 24 unabhängig der Laufgeschwindlgkeit der Maschine beizubehalten. Zusätzlich ist ein Dosierstab 26 an dem Drosselkolben 25 zur Steuerung der Zuführung des Kraftstoffs, der zu dem Einlaßkanal 24 durch den Leerlauf- und Hauptkreis (nicht dargestellt) des Vergasers 23 zugeführt wird, befestigt.
Ein manuell betätigtes Drosselventil 27 ist in dem Vergaser-Einlaßkanal 24 zur Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit der Maschine 11 in einer bekannten Art und Weise positioniert. Der Vergaser 23 ist derjenige Typ, der normalerweise in einem Motorrad verwendet wird, und die Maschine 11 in dieser Ausführungsform kann dazu eingesetzt werden, um ein Motorrad anzutreiben. Wie aufgrund der Beschreibung verschiedener anderer Ausführungsformen ersichtlich werden wird, sollte verständlich werden, daß die Erfindung in Verbindung mit anderen Anwendungen für Brennkraftmaschinen angewandt werden kann. Die Erfindung besitzt allerdings einen besonderen Nutzen in Verbindung mit Maschinen, die über weit sich variierende Geschwindigkeits- und Belastungsbereiche aus Gründen, die ersichtlich werden, arbeiten.
Der Vergaser 23 führt seine Kraftstoff-Luftladung zu einem kurzen Einlaßverteiler 28 vom Zwillings-Typ zu, der eine einzelne Einlaßöffnung 29, die sich zu dem Vergaser-Einlaßkanal 24 ausrichtet, und ein Paar Auslaßöffnungen 21 und 32, die jeweils mit den Einlaßöffnungen eines Paars Einlaßkanäle 33 und 34, die in dem Zylinderkopf 18 gebildet sind, in Verbindung stehen, besitzt. Es sollte verständlich werden, daß in dieser Ausführungsform jede Brennkammer 21 durch ein Paar Einlaßkanäle 33, 34 versorgt wird, wobei der Einlaßkanal 33 als der primäre Einlaßkanal betrachtet wird und der Einlaßkanal 34 als der sekundäre Einlaßkanal funktioniert. Wie schließlich ersichtlich werden wird, kann die Erfindung in Verbindung mit Maschinen eingesetzt werden, die nur einen einzelnen Einlaßkanal für jede Brennkammer 21 oder mehr als zwei Einlaßkanäle für jede Brennkammer besitzen.
Es sollte angemerkt werden, daß jeder Einlaßkanal 33 und 34 eine im wesentlichen L-förmige Konfiguration mit einem geraden Abschnitt, der von den Einlaßöffnungen, die mit dem Verteiler 28 in Verbindung stehen, und einem kurzen Abschnitt, der winkelmäßig zu diesem ersten Abschnitt angeordnet ist und der direkt mit der Brennkammer 21 in Verbindung steht, besitzt. Diese Abschnitte treffen sich an einer Ausbuchtung, wobei die Bedeutung davon ersichtlich werden wird.
Einlaßventile 35 des Tellertyps sind gleitbar in dem Zylinderkopf 18 durch jeweilige Ventilführungen 36 gehalten und besitzen Kopfbereiche, die das Öffnen und Schließen der Ventilsitze 37 steuern, die in Gegenbohrungen 38 in der Zylinderkopfausnehmung 21 an dem Ende der jeweiligen Einlaßkanäle 33 und 34 eingepreßt sind.
Schraubenkompressionsfedern 39 wirken gegen den Zylinderkopf 18 und Rückhalteklemmanordnungen 41, die an den oberen Enden der Schäfte der Ventile 35 zum Drücken der Ventile 35 zu deren geschlossenen Positionen in Eingriff mit den Ventilsitzen 37 hin befestigt sind. Ein Nocken 42 vom Ring-Typ ist gleitend in dem Zylinderkopf 18 gehalten und dem Schaft jedes Einlaßventils 35 zugeordnet. Eine oben liegend befestigte Einlaßnockenwelle 43 wird von der Maschinenkurbelwelle in einer bekannten Art und Weise angetrieben und betätigt die Ringnocken 42, um eine Öffnung der Einlaßventile 35 zu bewirken.
Ein Paar Auslaßkanäle 44 erstreckt sich durch die gegenüberliegende Seite des Zylinderkopfs 18 zu den Einlaßkanälen 33 und 34 und steht mit einem geeigneten Abgassystem (nicht dargestellt) zum Auslassen der Abgase an die Atmosphäre, zum Dämpfen der Abgase und, falls es erforderlich ist, für eine katalytische Behandlung der Abgase in Verbindung. Die Auslaßventile 35 sind für eine Hin- und Herbewegung in dem Zylinderkopf 18 mittels eingepreßter Ventilführungen 46 gehalten und besitzen Kopfbereiche, die mit Ventilsitzen 47 zusammenwirken, die an dem Ende der Auslaßöffnungen 44 gebildet sind, wo sie mit der Brennkammer 21 in Verbindung stehen. Die Ventilsitze 47 sind, ähnlich den Einlaßventilsitzen 37, in geeignete Gegenbohrungen in dem Zylinderkopf 18 eingepreßt.
Schraubenkompressionsfedern 47 wirken gegen den Zylinderkopf 18 und klemmen Rückhalteanordnungen 48, die an den Auslaßventilen 46 zum Drücken der Auslaßventile zu deren geschlossenen Position in Eingriff mit den Ventilsitzen 48 befestigt sind. Eine Auslaßnockenwelle 49 ist drehbar in dem Zylinderkopf 18 zum Öffnen der Auslaßventile 45 durch Ringnocken 50 gelagert. Die Auslaßnockenwelle 49 wird ähnlich der Einlaßnockenwelle 43 durch die Kurbelwelle der Maschine in einer geeigneten Art und Weise angetrieben. Nockenabdeckungen 51 und 52 sind an dem Zylinderkopf 18 in einer geeigneten Art und Weise befestigt und umhüllen die jeweiligen Einlaß- und Auslaßnockenwellen 43 und 49.
Eine Zündkerze 53 ist zentral in dem Zylinderkopf 18 befestigt, wobei deren Spalt zentral in der Ausnehmung 21 zum Zünden der Kraftstoff/Luftladung, die zu der Brennkammer 21 durch das Einlaßsystem 22 eingelassen wird, befestigt ist. Die Zündkerze 53 kann durch irgendeinen Zündkerzensteuerkreis gezündet werden.
Der Aufbau der Maschine 11, der bis jetzt beschrieben ist, kann als herkömmlich angesehen werden. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, bei der der Strömungsweg der Einlaßladung, die in die Brennkammer 21 von den Einlaßkanälen 33 und 34 eintritt, unter bestimmten Laufbedingungen variiert werden kann, um so eine Turbulenz mittels einer Erzeugung eines Tubmles bzw. einer Walze und/oder einer Verwirbelung in der Brennkammer 21 unter Betrieb in niedrigen und mittleren Bereichen zu induzieren. Eine solche eine Turbulenz erhöhende Anordnung verbessert die Flammenausbreitung und stellt eine vollständige Verbrennung innerhalb der Brennkammer 21 gerade unter extremen Leerlauf- und unter Bedingungen bei niedriger Geschwindigkeit sicher. Allerdings ist der Aufbau des Einlaßsystems derart, daß die Ladung, die in die Brennkammern 21 unter hoher Geschwindigkeit eintritt, im wesentlichen nicht eingeschränkt ist, um so eine gute, volumenmäßige Effektivität und einen maximalen Leistungsabtrieb zu erzielen.
Diese Ergebnisse werden durch Vorsehen eines Steuerventils erreicht, das allgemein mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet ist, das in dem Zylinderkopf 18 an den Ausbuchtungen der Einlaßkanäle 33 und 34 angeordnet ist. Hierzu ist der Zylinderkopf 18 mit einer sich quer erstreckenden Bohrung 55 versehen, die sich durch den Ausbuchtungsbereich erstreckt, in dem ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt des Steuerventils 54 drehbar gelagert ist. Allerdings ist in diesem Bereich der Einlaßkanäle 33 und 34 eine jeweilige Ausnehmung 56 in dem Steuerventil 54 vorgesehen. In dieser Ausführung ist die Ausnehmung 56 für jeden Einlaßkanal 34 und 35 im wesentlichen dieselbe. Es sollte allerdings verständlich werden, daß unterschiedliche Konfigurationen eingesetzt werden können, um unterschiedliche Strömungsmuster der Ladung, die in die Brennkammer 21 von den Einlaßkanälen 33 und 34 während der Zeitdauer eintritt, wenn das Steuerventil 54 in einer seiner die Strömung kontrollierenden Position ist, zu erreichen.
Die Ausnehmungen 56 sind im wesentlichen so konfiguriert, daß dann, wenn sich das Steuerventil 54 in seiner vollständig geöffneten Position befindet, die Ausnehmungen 56 eine glatte, fortlaufende Verlängerung der Einlaßkanäle 33 und 34 bilden werden, so daß kein Strömungshindernis vorhanden sein wird. Allerdings wird, wenn sich das Steuerventil 54 in seiner vollständig geschlossenen Position befindet, wie dies in den Figuren dargestellt ist, der zylindrische Bereich des Steuerventils 54 in die Einlaßkanäle 33 und 34 vorstehen, um so die Strömung der Einlaßladung dort hindurch zu der Zentrumsseite des Zylinders zu richten. Dies wird eine Wirkung eines im wesentlichen Tumble- bzw. Walzen-Typs in der Brennkammer 21 bewirken, wenn sich das Steuerventil 54 in dieser Position befindet, wie dies vollständiger in der vorstehend angeführten, parallel anhängigen Anmeldung beschrieben ist.
Um weiter diese Tumble-Bewegung zu erzeugen, ist eine Richtplattenanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 57 bezeichnet ist, in dem primären Einlaßkanal 33 in dieser Ausführungsform positioniert. In dieser Ausführungsform ist die Richtplatte 57 nur in dem primären Einlaßkanal 33 positioniert, allerdings sollte verständlich sein, daß eine solche Richtplatte in Verbindung mit dem sekundären Einlaßkanal 34 ebenso eingesetzt werden kann. Zusätzlich wird dann, falls nur ein einzelner Einlaßkanal für jeden Zylinder eingesetzt wird, eine Richtplatte 57 in diesem einzelnen Einlaßkanal vorgesehen werden.
Wie am besten in den Figuren 2 und 3 gesehen werden kann, ist die Richtplatte 57 mit einem im wesentlichen zylindrischen Basisteil 58 ausgebildet, das innerhalb der Zylinderkopfgegenbohrung 38 unterhalb des Ventilsitzes 37 aufgenommen ist und demzufolge durch den Ventilsltz 37 an seiner Stelle gehalten wird. Zusätzlich besitzt die Richtplatte 57 einen richtenden Abschnitt 59, der sich in den Einlaßkanal 33 erstreckt und ihn in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar einer auf jeder Seite der Achse des Einlaßventils 35. Der Richtabschnitt 59 ist mit einer zylindrischen Ausnehmung 61 ausgebildet, die einen Freiraum für den Schaft des Einlaßventils 35 liefert, allerdings eine gute Definition zwischen den zwei Seiten des Strömungswegs, der dadurch definiert ist, liefert.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich werden kann, wird, wenn sich das Steuerventil 54 von seiner vollständig geöffneten Position in einer Uhrzeigerrichtung dreht, die Ausnehmung 56 so positioniert, daß sie eine obere Kante 62 des Richtplattenabschnitts 59 berührt und demzufolge eine effektive Dichtung über diese Seite des Einlaßkanals 33 liefert, um so im wesentlichen irgendeine Strömung durch eine Seite des Einlaßkanals 33 auszuschließen. Als Folge wird im wesentlichen die gesamte Strömung zu der äußeren Seite kanalisiert werden, um so weiterhin den Tumble-Vorgang zu fördern. Zusätzlich wird dieser Kontakt der Steuerventilausnehmung 56 mit der Richtplattenkante 62 als ein Anschlag wirken, um so den Grad einer Drehung des Steuerventils 57 in dieser die Strömung kontrollierenden Position zu begrenzen.
Zusätzlich zu diesem Vorteil sollte angemerkt werden, daß die die Strömung kontrollierende Position des Steuerventils 54 derart ist, daß kein Hohlraum vorhanden ist, der in dem Einlaßkanal einströmseitig des Steuerventils 54 gebildet ist, wenn es sich in seiner die Strömung steuernden Position befindet, in der Kraftstoff dazu tendieren könnte, zu kondensieren und sich anzusammeln. Auf diese andere Weise bildet das die Strömung steuernde Ventil 54 in seiner die Strömung steuernden Position tatsächlich eine Verlängerung der Oberfläche des Zylinderkopfs, die den Einlaßkanal 33 definiert, und führt demzufolge glatt die Luftströmung zu der Seite der Richtplatte 57 gegenüberliegend der Außenseite der Zylinderbohrung. Demzufolge liefert das Strömungssteuerventil 54 eine glatte Strömungsoberfläche in sowohl dessen offener Position als auch in dessen die Strömung steuernder Position.
Das Strömungssteuerventil 54 besitzt eine Riemenscheibe 63, die an einem Ende befestigt ist, das durch eine Seite des Zylinderkopfs 18 freigelegt ist. Ein Paar Drahtübertrager 64 ist mit der Riemenscheibe 63 und einer Antriebsriemenscheibe 65, die durch einen Motor angetrieben wird, der durch eine ECU 66 gesteuert wird, verbunden, um so das Strömungssteuerventil 54 in einer Position in Abhängigkeit von den Maschinenbetriebsbedingungen zu positionieren. In der dargestellten Ausführungsform sind diese Bedingungen eine Drosselventil-Position, wie sie durch einen Drosselpositionssensor 67 gefühlt wird, und eine Maschinengeschwindigkeit, wie sie durch einen Kurbelwellen-Umdrehungs-Geschwindigkeitssensor 68 gefühlt wird.
Wie zuvor angemerkt worden ist, wird das Steuerventil 54 in seiner die Strömung steuernden Position primär unter Leerlaufbedingungen und Bedingungen unter niedriger Geschwindigkeit und niedriger Belastungen positioniert.
Zusätzlich zu dem Steuerventil 54 ist weiterhin eine Drosselventilanordnung vorgesehen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 69 bezeichnet ist, und zwar zum Steuern der Strömung durch den sekundären Einlaßkanal 34, um diesen Kanal unter bestimmten Bedingungen zu schließen, so daß die gesamte Einlaßladung zu der Brennkammer 21 durch den primären Einlaßkanal 33 zugeführt wird. Wie ersichtlich werden wird, ist diese Aufbau- und Drosselventilanordnung dahingehend effektiv, weiterhin eine Turbulenz in der Brennkammer 21 zu induzieren und einen im wesentlichen spiralförmigen Strömungspfad in der Brennkammer zu induzieren, wie dies durch die unterbrochene Linie 71 in Figur 1 angezeigt ist.
Die Drosselventilanordnung 69 umfaßt eine Drosselventilwelle 72, die in dem Verteiler bzw. Krümmer 28 drehbar gelagert ist und die einen ersten Abschnitt 73 mit kleinem Durchmesser besitzt, der sich durch den primären Einlaßkanal 33 erstreckt, um so einen relativ geringen Strömungswiderstand zu bieten. Eine Drosselplatte 74 ist allerdings an einem Abschnitt 75 der Welle 72 mit reduziertem Durchmesser befestigt, die durch den sekundären Einlaßkanal 34 hindurchführt und mittels einer Schraube 56 an Ort und Stelle gehalten ist. Wenn sich die Drosselplatte 74 in deren geschlossener Position befindet, wie dies in Figur 4 dargestellt ist, muß die gesamte Einlaßladung für die Maschine durch den Einlaßkanal 33 hindurchführen, um so den erwünschten Strömungspfad zu schaffen.
Eine Riemenscheibe 77 ist an der Drosselventilwelle 72 an einem freigelegten Ende davon befestigt und wird mittels eines Paars Drahtübertrager 78 betätigt, die an einer Antriebsriemenscheibe 79 eines Servomotors verbunden sind, der durch die ECU 66 kontrolliert wird. Obwohl eine breite Vielfalt von Steuerstrategien eingesetzt werden kann, positioniert in einer bevorzugten Strategie die ECU 74 das Drosselventil 74 in dessen geschlossener Position und das Steuerventil 54 in einer die Strömung steuernden Position, wenn die Maschine unter Leerlauf oder außerhalb des Leerlaufs betrieben wird. Dies induziert eine maximale Turbulenz in der Brennkammer und das zuvor angeführte spiralförmige Strömungsmuster in der Brennkammer, um so eine schnelle Flammenausbreitung sicherzustellen, wenn die Zündkerze 53 gezündet wird, um so auch sicherzustellen, daß ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luftgemisch an dem Spalt der Zündkerze zum Zeitpunkt der Zündung vorhanden sein wird.
Wenn sich die Maschinengeschwindigkeit und/oder die -belastung erhöht, wird zuerst das Drosselventil 69 geöffnet, während das Steuerventil 54 noch in seiner die Strömung kontollierenden Position beibehalten wird. Dies ändert die Bewegung innerhalb der Brennkammer 21 von dem spiralförmigen Strömungsmuster zu einem Tumble- bzw. Walzentyp eines Strömungsmusters. Dann wird, wenn sich die Geschwindigkeit und die Belastung weiter erhöhen, das Steuerventil 54 in seiner offenen Position positioniert, um so eine uneingschränkte Strömung in die Brennkammer 21 und eine maximale volumenmäßige Effektivität zu ermöglichen. Wie angeführt worden ist, stellt dies nur eine bevorzugte Betriebssequenz dar und verschiedene andere Betriebssequenzen können in Abhängigkeit von dem Typ einer Bewegung, der in der Brennkammer unter den verschiedenen Laufbedingungen erwünscht ist, eingesetzt werden.
In der Ausführungsform der Figuren 1-5 hatte die Richtplatte 57 den Effekt eines Unterteilens des primären Einlaßkanals 33 in zwei im wesentlichen gleiche Strömungsbereiche. Die Figuren 6-8 stellen eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, wo die Konfiguration der Richtplatte derart ist, um einen im wesentlichen kleineren Strömungsbereich durch den Einlaßkanal 33 zu schaffen, wenn sich das Steuerventil 54 in seiner geschlossenen Position befindet, als die Hälfte seines Oberflächenbereichs. Da dies der einzige Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist, sind Komponenten, die dieselben wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet worden und werden erneut nur insoweit beschrieben werden, wie dies zum Verständnis des Aufbaus und des Betriebs dieser Ausführungsform notwendig ist.
Die Richtplatte dieser Ausführungsform ist allgemein mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet und weist einen zylindrischen Basisabschnitt 102 auf, der innerhalb der Gegenbohrung 38 des Zylinderkopfs aufgenommen ist und der an seiner Stelle durch den Ventilsitz 37 zurückgehalten wird. Ein Plattenabschnitt 103 erstreckt sich nach außen von der Basis 102 und besitzt eine im wesentlichen V-förmige Konfiguration und endet in einer oberen Kante 104, die durch die Steuerventil-Ausnehmung 56 berührt wird, um dessen Bewegung in der die Strömung kontrollierenden Position zu begrenzen. Wie gesehen werden kann, definiert der Plattenabschnitt 103 aufgrund seiner V-Form einen relativ kleinen Strömungsbereich, der mehr zu der Mitte des Zylinders als die zuvor beschriebene Ausführungsform gerichtet ist und der eine höhere Strömungsgeschwindigkelt und mehr Turbulenz erzeugen wird. Ähnlich der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann eine solche Richtplatte in nur einem einer Vielzahl von Einlaßkanälen, die denselben Zylinder versorgen, positioniert werden, oder kann, alternativ, In allen Einlaßkanälen, die denselben Zylinder versorgen, vorgesehen werden. Zusätzlich kann diese Konfiguration in Maschinen eingesetzt werden, die nur einen Einlaßkanal pro Zylinder besitzen.
Die Figuren 9 und 10 stellen eine andere Ausführungsform der Erfindung dar, die allgemein dieselbe wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist, und aus diesem Grund sind Komponenten dieser Ausführungsform, die dieselben oder im wesentlichen dieselben wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet worden und werden nicht erneut beschrieben werden, mit Ausnahme insoweit, als dies zum Verständnis des Aufbaus und des Betriebs dieser Ausführungsform notwendig ist.
Eine Maschine, die gemäß dieser Ausführungsform aufgebaut ist, ist allgemein mit dem Bezugszeichen 201 bezeichnet und ist primär für eine Kraftfahrzeuganwendung ausgelegt. Die Maschine 201 ist mit einem Einlaßsystem versehen, das allgemein mit dem Bezugszeichen 202 bezeichnet ist und das eine Plenumkammer 203 umfaßt, in die Luft von der Atmosphäre über einen geeigneten Einlaß (nicht dargestellt) hineingezogen wird, in dem ein Geschwindigkeitssteuerdrosselventil positioniert ist. Die Plenumkammer 203 ist mit einer Vielzahl von individuellen Kanälen 204 versehen, von denen jeder eine jeweilige Einlaßöffnung 205 versorgt, die in einer Seite des Zylinderkopfs 18 gebildet ist. In dieser Ausführungsform bedient die gemeinsame Einlaßöffnung 205 des Zylinderkopfs zwei Kanäle 33 und 34. Demzufolge setzt diese Ausführungsform eine Einlaßkanalkonfiguration vom Zwillings-Typ ein, setzt allerdings zwei Einlaßkanäle 33 und 34 für jeden Zylinder ein.
In dieser Ausführungsform wird eine Kraftstoff/Luft-Beladung durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 206 gebildet, die in jedem Verteilerkanal 204 befestigt ist und die Kraftstoff darin unter irgendeiner geeigneten Steuerstrategie einsprüht.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform hatte das Drosselventil 72 einen Wellenbereich 73, der sich durch den primären Einlaßkanal 33 erstreckt und demzufolge einen gewissen, obwohl minimalen, Strömungswider stand in diesem Kanal liefert. Der Vorteil des Aufbaus der zuvor beschriebenen Ausführungsformen war derjenige, daß alle Drosselventile an einer gemeinsamen Drosselventilwelle befestigt werden können. In dieser Ausführungsform ist allerdings eine Drosselventilanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 207 bezeichnet ist, für jeden Zylinder der Maschine vorgesehen. Die Drosselventilanordnung 207 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 208, der in einer geeigneten Bohrung, die in dem Zylinderkopf 18 gebildet ist und die sich quer oder senkrecht zu dem Strömungspfad durch den sekundären Einlaßkanal 34 erstreckt, drehbar gelagert ist. In dem Abschnitt des Drosselventils 207, der durch den Kanal 34 hindurchführt, ist eine Ventilplatte 209 vorgesehen, die in ihrer geschlossenen Position, wie dies in den Figuren dargestellt ist, im wesentlichen irgendeine Strömung durch den sekundären Einlaßkanal 34 ausschließt und demzufolge die gesamte Strömung durch den primären Einlaßkanal 33 mit dem Effekt, wie er zuvor angemerkt ist, umleitet. Allerdings wird sich, wenn die Drosselventilanordnung 207 gedreht wird, die Ventilplatte 209 parallel zu dem Strömungspfad erstrecken und nur einen minimalen Widerstand liefern.
Jedes der Drosselventile 207 ist mit einem sich nach außen erstreckenden Arm 211 versehen, an dem ein Drosselklappengestänge 212 verbunden ist, um so die Drosselventile 207 jedes Zylinders miteinander zwischenzuverbinden, um so eine simultane Bewegung dazwischen zu schaffen. Jede Form einer Richtplatte kann in Verbindung mit dem Einlaßkanal 33 und/oder dem Einlaßkanal 34 in einer Ausführungsform dieses Aufbaus einschließlich solcher, die zuvor beschrieben sind, eingesetzt werden.
Diese Ausführungsform bedeutet demzufolge, daß die Maschine drei Stufen einer unterschiedlichen Einlaßströmung unterhalb des oberen Bereichs einer Maschinengeschwindigkeit besitzt. Die erste Stufe wird nämlich dann erhalten, wenn die Ventilplatte 209 ihre geschlossene Position annimmt und das Steuerventil, wie zuvor erläutert ist, auch seine geschlossene Position annimmt, wogegen die zweite Stufe dann erhalten wird, wenn die Ventilplatte 209 ihre geschlossene Position annimmt und das Steuerventil seine offene Position annimmt, während schließlich die dritte Stufe dadurch gekennzeichnet ist, daß alle Ventile, einschließlich der Ventilplatte 209 und des Steuerventils, ihre offene Position einnehmen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den Figuren 11 und 12 offenbart.
In dieser Ausführungsform wirkt eines oder wirken beide Einlaßventile 66, die jedem Zylinder zugeordnet sind, mit einer Ventilsitz-Richtplattenanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 501 bezeichnet ist, zusammen.
Diese Anordnung umfaßt einen ringförmigen Ventilsitzabschnitt 502, der einen Ventilsitz, wie bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bildet. Allerdings erstreckt sich ein Richtplattenabschnitt 503 integral nach oben von dem Ventilsitzabschnitt 502 und in den jeweiligen Einlaßkanal 64a und/oder 64b in Abhängigkeit davon, ob einer oder beide Kanäle durch ein Steuerventilelement kontrolliert bzw. gesteuert wird/werden. Der Richtplattenabschnitt 503 ist mit einem Ausnehmungsschlitz 504 ausgebildet, um so den Schaft des jeweiligen Einlaßventils 66 hindurch zu führen.
Ein Steuerventilelement ist allgemein mit dem Bezugszeichen 505 dargestellt und bezeichnet. Ähnlich der zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird das Steuerventilelement 505 in einer Bohrung 506 an der Ausbuchtung des jeweiligen Einlaßkanals 64a und/oder 64b gehalten. Das Ventilelement 505 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 507, der bei 508 ausgeschnitten ist, um den Strömungssteuerbereich zu bilden.
Wie leicht in Figur 11 gesehen werden kann, erstreckt sich, wenn sich das Steuerventilelement 501 in seiner ersten Position befindet, die Ausnehmung 508 zu der oberen Peripherie des Richtplattenabschnitts 503, und die gesamte Luft wird zu der Außenseite des jeweiligen Einlaßkanals 64a gerichtet werden, um weiterhin die Tumble- bzw. Walzenwirkung zu verbessern.
Mit dieser Ausführungsform wird, da der Richtplattenabschnitt 503 integral mit dem Ventilsitz 502 gebildet ist, ein separates Element, das in den Zylinderkopf eingesetzt ist, das verschoben werden könnte, vermieden, da es eine komplizierte Gießpraxis erfordert. Auch wird die Art und Weise, in der der Ventilsitz in den Zylinderkopf eingepreßt ist, weiterhin eine Verschiebung dieses Elements vermeiden.
In Verbindung mit dieser Ausführungsform dient, auch wenn das Steuerventilelement 505 zu seiner zweiten, vollständig geöffneten Position hin betätigt wird, der Richtplattenabschnitt 503 in seiner Funktion dazu, eine laminare Strömung der Einlaßladung zu liefern und verbessert die volumetrische Effektivität der Maschine und die Strömungsverteilung innerhalb der einzelnen Zylinder.
Es sollte schließlich aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, daß der beschriebene Aufbau dahingehend effektiv ist, den erwünschten Grad einer Turbulenz und Luftströmung innerhalb der Brennkammer unter allen Laufbedingungen sicherzustellen. Zusätzlich arbeitet die Richtplatten-Steuerventilkombination derart, um das erwünschte Strömungsmuster sicherzustellen, liefert einen glatten Strömungspfad bei allen Bedingungen des Steuerventils und schafft einen positiven Anschlag für die Öffnungsbewegung des Steuerventils.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem Einlaßsystem und mit einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock, wobei der Zylinderkopf zumindest teilweise eine Brennkammer begrenzt, einer Einlaßkanalanordnung, die zumindest ein Einlaßventil eines Zylinders beschickt, wobei die Einlaßkanalanordnung durch ein Steuerventil (54) gesteuert ist, das in dem Zylinderkopf (18) drehbar gelagert ist, wobei sich die Achse des Steuerventils (54) quer zu dem Strömungsweg der Einlaßladung durch die Einlaßkanalanordnung (33,34) erstreckt, und einer Richtplattenanordnung, die in einem stromabseitigen Endabschnitt eines Einlaßkanals (33,34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (54) an einer Ausbuchtung einer Unterseite der Einlaßkanalanordnung (33,34) nahe der Brennkammer angeordnet ist, wobei sich die Richtplattenanordnung von einem Einlaßventilsitzabschnitt nach oben in die Einlaßkanalanordnung (33,34) erstreckt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtplatte (57) einen zylindrischen Grundabschnitt (58) und einen Richtplattenabschnitt (59) aufweist, der sich integral von dem zylindrischen Grundabschnitt (58) nach oben in den jeweiligen Einlaßkanal (33,34) erstreckt, der durch das Steuerventil (54) gesteuert ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Grundabschnitt (58) in einer Zylinderkopfsenkbohrung (38) unter dem Einlaßventilsitz (37) aufgenommen ist.

4. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromaufwärtige Kante des Richtplattenabschnitts (59) vorgesehen ist, einen Anschlag (62) einer Ventilausnehmung (56) des Steuerventils (54) zu bilden.

5. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtplattenabschnitt (59) einen integralen Biegeabschnitt aufweist, der einen Zwischenraum für einen Schaft des zugeordneten Einlaßventils (35) schafft.

6. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtplattenabschnitt (59) eine halbzylindrische Vertiefung (61) für den Schaft des Einlaßventiles (35) aufweist.

7. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtplattenabschnitt (59) eine im wesentichen V-förmige Gestalt besitzt, die als ein Strömungsführungsabschnitt für die Einlaßladung dient.

8. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtplatte einen Haupteinlaßkanal (33) in zwei im wesentlichen gleiche Strömungsflächen teilt.

9. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtplattenabschnitt (59) eine Strömungsfläche schafft, die im wesentlichen kleiner als eine Hälfte des Querschnitts des Einlaßkanals (33,34) ist, wenn das Steuerventil (54) in seiner geschlossenen Stellung ist.

10. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eines oberen Teils des Einlaßkanals (33,34), der durch den Richtplattenabschnitt (59) begrenzt ist, zu der Öffnung des Einlaßkanals (33,34) in die Brennkammer hin abnimmt.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 10 mit Bezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilausnehmung (56) derart geformt ist, daß die Ausnehmung (56) eine glatte fortlaufende Verlängerung des zugeordneten Einlaßkanals (33,34) bildet, wenn das Steuerventil (54) in seiner vollständig geöffneten Stellung ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder einem der vorhergen enden Ansprüche 5 bis 11 mit Bezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (54) eine im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt, die die Ventilausnehmung (56) zur Sicherung einer glatten Strömung der Einlaßladung durch den gesteuerten Einlaßkanal (33,34) aufweist, und daß das Steuerventil (54), wenn dieses in seine geschlossene Stellung geschaltet ist, wobei es gegen die stromaufwärtige Kante des Richtplattenabschnitts (59) der Richtplatte (57) stößt, die Strömung zu einer oberen Strömungsfläche des Einlaßkanals (13,34) lenkt, die durch die Richtplatte (57) begrenzt ist.

13. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (54) in jeder seiner Stellungen eine im wesentlichen fortlaufende Oberfläche mit dem Zylinderkopf, insbesondere der Luftoberfläche des Einlaßkanals (33,34) schafft.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13 mit Bezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen fortlaufende glatte Strömungsoberfläche zwischen der Steuerventiloberfläche, insbesondere der Oberfläche der Ventilausnehmung (56) und dem Richtplattenabschnitt (59) vorgesehen ist, wenn das Steuerventil (54) seine geschlossene Stellung einnimmt.

15. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal vom Zwillingstyp ist, der Haupt- und Nebeneinlaßkanäle (33,34) für jeden Zylinder vorsieht, und daß eine Drosselventilanordnung (207) in einem Zylinderkopf drehbar gelagert ist, und eine Ventilplatte (209) trägt, die in ihrer geschlossenen Stellung Strömung durch den Nebeneinlaßkanal (34) im wesentlichen verhindert, wobei die ganze Strömung durch den Haupteinlaßkanal (33) gelenkt wird, in dem das Steuerventil und die Richtplatte angeordnet sind.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine drei Stufen unterschiedlicher Einlaßströmung über den gesamten Motordrehzahlbereich besitzt, wobei die erste Stufe erhalten wird, wenn die Ventilplatte (209) ihre geschlossene Stellung einnimmt, und das Steuerventil ebenso seine geschlossene Stellung einnimmt, während die zweite Stufe erhalten wird, wenn die Ventilplatte (209) ihre geschlossene Stellung einnnimmt und das Steuerventil seine offene Stellung einnimmt, während die dritte Stufe eingestellt ist, wenn alle Ventile einschließlich der Ventilplatte (209) und des Steuerventils ihre offene Stellung einnehmen.