WO2016173777A1 - Einlasskanaleinrichtung - Google Patents

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WO2016173777A1
WO2016173777A1 PCT/EP2016/056198 EP2016056198W WO2016173777A1 WO 2016173777 A1 WO2016173777 A1 WO 2016173777A1 EP 2016056198 W EP2016056198 W EP 2016056198W WO 2016173777 A1 WO2016173777 A1 WO 2016173777A1
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gas
gas line
combustion air
inlet
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Jochen Wessner
Martin Katz
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the invention relates to an inlet channel device for supplying combustion air and fuel gas of an internal combustion engine with an inlet channel leading to the combustion air, which opens into a combustion chamber of the internal combustion engine via an inlet valve, and wherein a gas line carrying a fuel gas opens into the inlet channel upstream of the inlet valve.
  • Such an inlet channel device for supplying combustion air and fuel gas of an internal combustion engine is known from EP 0 084 175 AI.
  • This inlet channel device has an inlet channel designed as a suction tube.
  • the combustion air is supplied under control of an inlet valve to a combustion chamber of the internal combustion engine.
  • Into the suction pipe opens a gas line, through which the fuel gas is blown into the intake manifold for mixing with the combustion air.
  • the mixture of combustion air and fuel gas is ignited in the combustion chamber by means of a spark plug and moves a piston of the internal combustion engine to produce work.
  • the gas line has a branch with two branches in the region of the orifice in the suction pipe, one or more nozzles being arranged in the region of the mouths of the branches in the suction pipe. About the design and arrangement of the nozzles nothing is known.
  • the fuel gas is blown into the intake manifold through the nozzles.
  • the object of the invention is to provide an inlet channel device with an inlet channel and a gas line opening into the inlet channel. which is improved in terms of mixture formation of combustion air conducted in the intake passage and fuel gas supplied through the gas passage.
  • the gas line has at least one opening for an exchange of combustion air and fuel gas in an area in front of the mouth into the inlet channel.
  • This embodiment is based on the finding that it is advantageous for the most complete and effective combustion of a fuel gas-combustion air mixture in the internal combustion engine at low exhaust emissions, if even in the inlet channel as complete and intensive mixing of the combustion air with the fuel gas.
  • the inventive opening of the gas line in the region in front of the mouth into the inlet channel, an exchange of combustion air and fuel gas is achieved. This results in a more intensive mixing of fuel gas and combustion air than can be represented in the prior art.
  • an improved mixture is produced, so that as a result improved combustion of the mixture introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine from the combustion air and the fuel gas is achieved with simultaneous reduction of the exhaust emissions.
  • an exchange of combustion air and fuel gas can take place in that combustion air enters the gas line and mixes with the fuel gas flowing there, while conversely also fuel gas exits from the gas line into the surrounding inlet channel, and there with the flowing combustion air mixed. This can be done for example by differently oriented openings in the gas line.
  • the opening is an inlet opening in the gas pipe.
  • the opening is arranged in an extension of the gas line.
  • the extension is designed so that the free flow cross section for combustion air is narrowed through the inlet channel, so that the combustion air is forced through the at least one opening in the gas line.
  • the extension is formed cone-shaped.
  • a conical expansion of the gas line is constructive and easy to implement manufacturing technology.
  • the gas line is made in an advantageous embodiment of a metallic material or a plastic material. For both materials, the incorporation of a conical enlargement into the gas line can be easily implemented.
  • the opening has a flap valve which opens inwards into the gas line.
  • This flap valve ensures that only a flow of combustion air into the gas line can take place in all operating states of the internal combustion engine. A countercurrent flow through the opening could occur in an operating state in which the gas pressure in the gas line is higher than the air pressure of the combustion air in the inlet channel.
  • the opening has a ball valve.
  • This ball valve is also designed or arranged such that a flow of combustion air through the ball valve into the gas line can take place.
  • the gas line downstream of the opening or the conical enlargement on a diffuser which also serves as a nozzle for the exit of the mixture of fuel gas and combustion air premixed with combustion air into the inlet channel, it is possible to optimize the velocity profile of the flow in this region.
  • an exhaust gas recirculation line opens into the gas line.
  • exhaust gas of the internal combustion engine is returned to the inlet channel.
  • the recirculated exhaust gas primarily reduces unwanted exhaust emissions of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas recirculation line can be designed so that it opens with a branch channel into the gas line, while another branch channel opens into the inlet channel.
  • the distribution ratio of the partial flows may be adjustable, for example, depending on operating conditions of the internal combustion engine.
  • This heating has the goal to achieve an approximation of the dynamic viscosities of Brennluit and the fuel gas-exhaust mixture.
  • the approximation of the vicosities leads to a better mixing with the combustion air in or in front of the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the mixture can take place just before the combustion chamber or take place in a later-described suction tube.
  • the exhaust gas recirculation line opens into a flow constriction of the diffuser.
  • the exhaust gas recirculation line has a control valve.
  • the control valve is for example a check valve and prevents flow of the (part) mixture of combustion air and fuel gas in the
  • control valve can also determine the amount of exhaust gas fed into the gas line.
  • the mixture of Brennluit and fuel gas takes place in two stages.
  • a Brennluftmassentellstrom is mixed with the fuel gas by the inflow of combustion air through the openings in the gas line, while then this (part) mixture is mixed on the output side of the mouth of the gas line into the inlet channel with the residual combustion air.
  • an adjustment of the viscosities can be adjusted by the introduced exhaust gas.
  • the exit velocity from the gas line and the concentration distribution in the flow through the diffuser or a nozzle combination can be set.
  • the inlet channel is embedded in a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the inlet channel can also be arranged in a so-called intake manifold, which is connected to the cylinder head, in which case the intake passage according to the invention extends through the intake manifold and through the cylinder head.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a multi-cylinder reciprocating internal combustion engine.
  • Such a multi-cylinder reciprocating internal combustion engine has a crankcase, in which a crankshaft is rotatably mounted. On the crankshaft, a number of piston-bearing connecting rods is articulated, which are moved in respective cylinders during a rotational movement of the crankshaft up and down.
  • combustion air and fuel gas are periodically introduced into the combustion space formed between the respective cylinder head and the respective piston in the cylinder through the inlet channel through the inlet valve.
  • the mixture of combustion air and fuel gas which is improved by the inventive design burns by ignition in the combustion chamber and thus operates the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine may be designed to drive any vehicle, a machine, a boat or any other device.
  • FIG. 1 shows a sectional representation of an inlet region of an internal combustion engine with an intake channel embedded in a cylinder head, which opens via an inlet valve into a combustion chamber adjoining the cylinder head in a cylinder interacting with the cylinder head, wherein a gas conduit designed according to the invention opens into the inlet channel,
  • FIG. 2 shows a detail view of an inlet channel with a gas line according to FIG.
  • FIG. 1 shows a detailed view similar to FIG. 2 with a differently configured gas line
  • FIG. 4 shows a representation of a further variant of a gas line
  • FIG. 5 shows a detailed view of an opening of a gas line with a ball valve
  • Figure 6 is a detail view of an opening of a gas line with a flap valve
  • FIG. 7 shows a representation of a further variant of a gas line into which a
  • Figure 1 shows a partial section through an inlet portion 1 of an internal combustion engine with a cylinder head 2, which is arranged on a cylinder 3 of the internal combustion engine and connected thereto with the insertion of a cylinder head gasket.
  • a piston ring 5 having a piston 4 is arranged, which is connected via a connecting rod with a crankshaft of the internal combustion engine.
  • the piston 4 is periodically moved up and down along a longitudinal axis 6.
  • a combustion chamber trough 7 may be inserted, which then forms a combustion chamber together with a cylinder chamber 8 above the piston 4.
  • the combustion chamber burns an introduced mixture of combustion air and fuel gas and thereby causes the downward movement of the piston 4 to generate work power at the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the cylinder chamber 8 is controlled for supplying the mixture of combustion air and fuel gas via an arranged in the cylinder head 2 inlet valve 9 with a likewise arranged in the cylinder head 2 inlet channel 10 connectable.
  • the intake valve 9 is directly or indirectly actuated by a camshaft, wherein the camshaft rotates synchronously with the crankshaft.
  • the inlet channel 10 is fluidly connected to the cylinder chamber 8 and thus also the combustion bowl 7 and through the inlet channel 10 along a flow axis 11 supplied combustion air flows together with in the inlet Channel 10 via a gas line 12 injected fuel gas into the cylinder chamber 8 and the combustion chamber trough 7.
  • the fuel gas which is for example natural gas or other combustible gas, is preferably introduced controlled by a gas valve in the gas line 12.
  • the gas line 12 may be part of the gas valve.
  • the fuel gas forms with the combustion air, the combustible mixture, which burns in an initiated by, for example, a projecting into the cylinder chamber 8 ignition and moves the piston 4 at the then closed inlet valve 9 to generate the rotational movement of the crankshaft along the longitudinal axis 6 down.
  • the piston 4 is again moved upward and via a likewise arranged in the cylinder head 2 exhaust valve, the combusted mixture is ejected as exhaust gas from the cylinder chamber 8 and the combustion bowl 7.
  • the gas line 12 is guided at an angle ⁇ of approximately 45 ° relative to a wall of the inlet channel 10 through the cylinder head 2 and has an angled section 13 in the region of the center of the inlet channel 10 which is cylindrical in this area, for example which is aligned along the center axis of the intake passage 10.
  • the illustrated configuration and arrangement of the gas line 12 in the inlet channel 10 ensures a virtually loss-free and undisturbed flow of the combustion air in the region of the gas power 12 projecting into the inlet channel 10.
  • the gas line 12 in the angled section 13 has a conical enlargement 14 with an expansion angle ⁇ of, for example, approximately 20 °.
  • At least one, but preferably a number of openings 15 arranged distributed over the circumference of the extension 14 is let into this conical enlargement 14.
  • a defined amount of combustion air flows into the gas line 12 and mixes there with the example flowing with the Mach number 1 fuel gas.
  • mixing of the premixed combustion air with the fuel gas then takes place with the remaining quantity of combustion air, which flows outside along the widened section 16 through the inlet channel 10. This will result in a intimate mixing of the combustion air and the fuel gas already effected in this region of the intake passage 10, so that ultimately enters the combustion chamber in the combustion bowl 7 and / or the cylinder chamber 8, an intensively mixed mixture of combustion air and fuel gas.
  • FIG. 3 shows a variant of the conical enlargement 14 with respect to FIG. 2.
  • the expansion angle ⁇ is in the range of approximately 60 °.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 4 is similar to that of FIG. 3, with the gas line 12 having a diffuser 18 in the widened portion 16 between the conical enlargement 14 and the mouth 17 in the inlet channel 10.
  • the diffuser 18 is formed by a constriction of the expanded portion 16, and the diffuser 18 enables optimization of the velocity profile of the flow in both the gas pipe and the combustion air outside along the extended portion 16.
  • FIG. 5 shows a variant of an opening 15.
  • a ball valve 19 consisting of a cooperating with a valve seat ball and the ball in an extension of the opening 15 holding the clamping ring.
  • the ball valve 16 ensures that only combustion air can flow into the gas line 12 through the opening 15.
  • FIG. 6 A variant of this is shown in FIG. 6, a flap valve 20 being provided here, which is arranged on the conical enlargement 14 in the region of the opening 15.
  • the flapper valve 20 has a flap 15 which controls the opening 15, which likewise only permits a flow of the combustion air into the gas line 12.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 7 is similar to that of FIG. 4, whereby here too the gas line 12 in the widened section 16 between the conical enlargement 14 and the mouth 17 in the inlet channel 10 is a diffuser 18 having.
  • the diffuser 18 is formed by a constriction of the widened portion 16, and the diffuser 18 enables optimization of the velocity profile of the flow in both the gas line and the combustion air outside along the widened portion 16.
  • the widened portion 16 opens in the region of a flow constriction 22 of the diffuser 18, an exhaust gas recirculation line 21 through which a partial flow of the resulting during the combustion of the combustion air and the fuel gas exhaust gas is fed back into the gas line 12.
  • the exhaust gas heats up by the introduced heat flow in this region of the gas line 12 flowing (part) mixture of combustion air and fuel gas.
  • This heating has the goal to achieve an approximation of the dynamic viscosities of combustion air and the fuel gas-exhaust gas mixture.
  • the approximation of the vicosities leads to a better mixing with the combustion air in or in front of the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • a designed for example as a check valve control valve 23 is installed in the exhaust gas recirculation line 21.
  • the control valve 23 may additionally or alternatively to the function as a check valve set the fed into the gas line 12 amount of exhaust gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einlasskanal 10 einer Brennkraftmaschine, wobei der Einlasskanal 10 Brennluft führt und der Einlasskanal 10 über ein Einlassventil 9 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, und wobei in den Einlasskanal 10 eine ein Brenngas führende Gasleitung 12 stromaufwärts des Einlassventils 9 mündet. Erfindungsgemäß wird ein Einlasskanal 10 mit einer in den Einlasskanal 10 mündenden Gasleitung 12 bereitgestellt, der hinsichtlich einer Gemischbildung von in dem Einlasskanal geführter Brennluft mit über die Gasleistung 12 eingeblasenem Brenngas verbessert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gasleitung 12 in einem Bereich vor der Mündung 17 in den Einlasskanal 10 zumindest eine Öffnung 15 für einen Austausch von Brennluft und Brenngas aufweist. Dazu ist die Öffnung 15 in einer kegelförmigen Erweiterung 14 der Gasleitung 12 angeordnet.

Description

Beschreibung
Titel:
Einlasskanaleinrichtung Die Erfindung betrifft eine Einlasskanaleinrichtung zum Zuführen von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine mit einem die Brennluft führenden Einlasskanal, der über ein Einlassventil in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, und wobei in den Einlasskanal eine ein Brenngas führende Gasleitung stromaufwärts des Einlassventils mündet.
Stand der Technik
Eine derartige Einlasskanaleinrichtung zum Zuführen von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine ist aus der EP 0 084 175 AI bekannt. Diese Ein- lasskanaleinrichtung weist einen als Saugrohr ausgebildeten Einlasskanal auf.
Die Brennluft wird gesteuert von einem Einlassventil einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt. In das Saugrohr mündet eine Gasleitung ein, durch die das Brenngas in das Saugrohr zur Vermischung mit der Brennluft ein- geblasen wird. Das Gemisch aus Brennluft und Brenngas wird in dem Brennraum mittels einer Zündkerze entzündet und bewegt einen Kolben der Brennkraftmaschine zur Erzeugung von Arbeitsleistung. Die Gasleitung weist im Bereich der Mündung in dem Saugrohr eine Verzweigung mit zwei Ästen auf, wobei im Bereich der Mündungen der Äste in dem Saugrohr eine oder mehrere Düsen angeordnet ist/sind. Über die Ausbildung und Anordnung der Düsen ist nichts weiter bekannt. Durch die Düsen wird letztendlich das Brenngas in das Saugrohr einge- blasen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einlasskanaleinrichtung mit einem Einlasskanal und einer in den Einlasskanal einmündenden Gasleitung be- reitzustellen, die hinsichtlich einer Gemischbildung von in dem Einlasskanal geführter Brennluft und durch die Gasleitung zugeführtem Brenngas verbessert ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Gasleitung in einem Bereich vor der Mündung in den Einlasskanal zumindest eine Öffnung für einen Austausch von Brennluft und Brenngas aufweist. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine möglichst vollständige und effektive Verbrennung eines Brenngas-Brennluft-Gemisches in der Brennkraftmaschine bei geringen Abgasemissionen vorteilhaft ist, wenn schon in dem Einlasskanal eine möglichst vollständige und intensive Vermischung der Brennluft mit dem Brenngas erfolgt. Durch die erfindungsgemäße Öffnung der Gasleitung im Bereich vor der Mündung in den Einlasskanal wird ein Austausch von Brennluft und Brenngas er- reicht. Dadurch erfolgt eine intensivere Vermischung von Brenngas und Brennluft als dies beim Stand der Technik darstellbar ist. Durch die verbesserte Vermischung der Brennluft mit dem Brenngas wird ein verbessertes Gemisch erzeugt, so dass im Ergebnis eine verbesserte Verbrennung des in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingeleiteten Gemisches aus der Brennluft und dem Brenn- gas unter gleichzeitiger Verringerung der Abgasemissionen erreicht ist. Dabei kann in allgemeinster Ausgestaltung ein Austausch von Brennluft und Brenngas erfolgen, indem Brennluft in die Gasleitung eintritt und sich mit dem dort strömenden Brenngas vermischt, während umgekehrt auch Brenngas aus der Gasleitung in den umgebenden Einlasskanal austritt, und sich dort mit der strömen- den Brennluft vermischt. Dies kann beispielsweise durch unterschiedlich ausgerichtete Öffnungen in der Gasleitung erfolgen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Öffnung eine Einlassöffnung in das Gasrohr. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es besonders vor- teilhaft ist, wenn Brennluft in die Gasleitung eingeführt wird und sich innerhalb der Gasleitung mit dem Brenngas vermischt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung in einer Erweiterung der Gasleitung angeordnet. Die Erweiterung ist dabei so ausgebildet, dass der freie Strömungsquerschnitt für Brennluft durch den Einlasskanal verengt wird, so dass die Brennluft durch die zumindest eine Öffnung in die Gasleitung hineingedrängt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Erweiterung kegelförmig ausge- bildet. Eine solche kegelförmige Erweiterung der Gasleitung ist konstruktiv und fertigungstechnisch leicht umsetzbar. Dabei ist die Gasleitung in vorteilhafter Ausgestaltung aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoffwerkstoff gefertigt. Bei beiden Werkstoffen ist die Einarbeitung einer kegelförmigen Erweiterung in die Gasleitung problemlos umsetzbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Öffnung ein Klappenventil auf, das nach innen in die Gasleitung hinein öffnet. Dieses Klappenventil gewährleistet, dass bei allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine ausschließlich eine Strömung von Brennluft in die Gasleitung hinein erfolgen kann. Eine gegenströ- mige Durchströmung der Öffnung könnte bei einem Betriebszustand auftreten, bei dem der Gasdruck in der Gasleitung höher ist als der Luftdruck der Brennluft in dem Einlasskanal.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Öffnung ein Kugelventil auf. Auch dieses Kugelventil ist so ausgebildet beziehungsweise angeordnet, dass eine Strömung von Brennluft durch das Kugelventil in die Gasleitung hinein erfolgen kann.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Gasleitung stromabwärts der Öffnung beziehungsweise der kegelförmigen Erweiterung einen Diffusor auf. Durch diesen Diffusor, der auch als Düse für den Austritt des mit Brennluft vorgemischten Gemisches aus Brenngas und Brennluft in den Einlasskanal dient, besteht die Möglichkeit, das Geschwindigkeitsprofil der Strömung in diesem Bereich zu optimieren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung mündet eine Abgasrückführleitung in die Gasleitung ein. Durch die Abgasrückführleitung wird bei der Verbrennung von Brenngas-Brennluft-Gemisch entstehendes Abgas der Brennkraftmaschine in den Einlasskanal zurückgeführt. Durch das zurückgeführte Abgas werden in ers- ter Linie unerwünschte Abgasemissionen der Brennkraftmaschine reduziert. In einer allgemeinen Ausführungsform kann die Abgasrückführleitung so ausgebildet sein, dass diese mit einem Zweigkanal in die Gasleitung einmündet, während ein weiterer Zweigkanal in den Einlasskanal einmündet. Das Aufteilungsverhältnis der Teilströme kann beispielsweise in Abhängigkeit von Betriebszuständen der brennkraftmaschine einstellbar sein. Das in die Gasleitung eingeleitete Abgas heizt durch den eingebrachten Wärmestrom das Brenngas und bei einer Einleitung stromabwärts der Zumischung eines Teilstroms der Brennluft das (Teil)- Gemisch aus Brennluft und Brenngas auf. Diese Aufheizung hat das Ziel, eine Angleichung der dynamischen Viskositäten von Brennluit und dem Brenngas- Abgas-Gemisch zu erzielen. Die Angleichung der Vikositäten führt zu einer besseren Vermischung mit der Brennluft im oder vor dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Mischung kann kurz vor dem Brennraum stattfinden oder in einem nachfolgend noch erläuterten Saugrohr erfolgen. In einer weiteren Ausgestaltung mündet die Abgasrückführleitung in eine Strömungsverengung des Diffusors ein. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltung zur Erlangung beziehungsweise Sicherstellung der zuvor beschriebenen Angleichung der Viskositäten. In Weiterbildung der Erfindung weist die Abgasrückführleitung ein Steuerventil auf. Das Steuerventil ist beispielsweise ein Rückschlagventil und verhindert eine Strömung des (Teil)-Gemisches aus Brennluft und Brenngas in den
Abgasrückführtrakt. Gleichzeitig oder alternativ kann das Steuerventil aber auch die in die Gasleitung eingespeiste Menge des Abgases festlegen.
In Ergebnis wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung erreicht, dass die Mischung von Brennluit und Brenngas in zwei Stufen erfolgt. Zunächst wird ein Brennluftmassentellstrom mit dem Brenngas durch das Einströmen von Brennluft durch die Öffnungen in die Gasleitung vermischt, während dann anschließend diese (Teil)-Mischung ausgangsseitig der Mündung der Gasleitung in den Einlasskanal mit der Restbrennluft gemischt wird. Zudem kann eine Angleichung der Viskositäten durch eingeleitetes Abgas eingestellt werden. Schließlich kann die Austrittsgeschwindigkeit aus der Gasleitung sowie die Konzentrationsverteilung in der Strömung durch den Diffusor oder eine Düsenkombination eingestellt wer- den. In Weiterbildung der Erfindung ist der Einlasskanal in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingelassen. Der Einlasskanal kann aber auch in einem sogenannten Saugrohr angeordnet sein, das mit dem Zylinderkopf verbunden ist, wobei dann der erfindungsgemäße Einlasskanal sich durch das Saugrohr und durch den Zylinderkopf erstreckt. Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt als eine mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgebildet. Eine solche mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse auf, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist. An der Kurbelwelle ist eine Anzahl von Kolben tragenden Pleueln angelenkt, die in entsprechenden Zylindern bei einer Drehbewegung der Kurbelwelle auf und ab bewegt werden. Dabei wird in den zwischen dem jeweiligen Zylinderkopf und dem jeweiligen Kolben in dem Zylinder gebildeten Brennraum durch den Einlasskanal durch das Einlassventil gesteuert periodisch Brennluft und Brenngas eingeführt. Die Mischung aus Brennluft und Brenngas, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verbessert wird, verbrennt durch Entzündung in dem Brennraum und betreibt somit die Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine kann zum Antrieb eines beliebigen Fahrzeugs, einer Maschine, eines Bootes oder eines sonstigen Geräts ausgelegt sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind:
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Einlassbereichs einer Brennkraftmaschine mit einem in einen Zylinderkopf eingelassenen Einlasskanal, der über ein Einlassventil in einen an den Zylinderkopf angrenzenden Brennraum in einem mit dem Zylinderkopf zusammenwirkenden Zylinder einmündet, wobei in den Einlasskanal eine erfindungsgemäß ausgebildete Gasleitung einmündet,
Figur 2 eine Detailansicht eines Einlasskanals mit einer Gasleitung gemäß
Figur 1, Figur 3 eine Detailansicht ähnlich Figur 2 mit einer anders ausgestalteten Gasleitung,
Figur 4 eine Darstellung einer weiteren Variante einer Gasleitung,
Figur 5 eine Detailansicht einer Öffnung einer Gasleitung mit einem Kugelventil,
Figur 6 eine Detailansicht einer Öffnung einer Gasleitung mit einem Klappenventil, und
Figur 7 eine Darstellung einer weiteren Variante einer Gasleitung, in die eine
Abgasrückführleitung einmündet.
Figur 1 zeigt einen Teilschnitt durch einen Einlassbereich 1 einer Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf 2, der auf einem Zylinder 3 der Brennkraftmaschine angeordnet und mit diesem unter Einfügung einer Zylinderkopfdichtung verbunden ist. In dem Zylinder 3 ist zumindest ein einen Kolbenring 5 aufweisender Kolben 4 angeordnet, der über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Kolben 4 entlang einer Längsachse 6 periodisch auf und ab bewegt. In den Kolben 4 kann eine Brennraummulde 7 eingelassen sein, die dann zusammen mit einem Zylinderraum 8 oberhalb des Kolbens 4 einen Brennraum bildet. In dem Brennraum verbrennt ein eingebrachtes Gemisch aus Brennluft und Brenngas und bewirkt dabei die Abwärtsbewegung des Kolbens 4 zur Erzeugung von Arbeitsleistung an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Der Zylinderraum 8 ist zur Zuführung von dem Gemisch aus Brennluft und Brenngas gesteuert über ein in dem Zylinderkopf 2 angeordnetes Einlassventil 9 mit einem ebenfalls in dem Zylinderkopf 2 angeordneten Einlasskanal 10 verbindbar. Das Einlassventil 9 wird von einer Nockenwelle direkt oder indirekt betätigt, wobei die Nockenwelle synchron mit der Kurbelwelle dreht. In der dargestellten offenen Stellung des Einlassventils 9 ist der Einlasskanal 10 mit dem Zylinderraum 8 und somit auch der Brennraummulde 7 strömungsverbunden und durch den Einlasskanal 10 entlang einer Strömungsachse 11 zugeführte Brenn luft strömt zusammen mit in den Einlass- kanal 10 über eine Gasleitung 12 eingeblasenes Brenngas in den Zylinderraum 8 und die Brennraummulde 7. Das Brenngas, das beispielsweise Erdgas oder ein sonstiges brennbares Gas ist, wird vorzugsweise gesteuert von einem Gasventil in die Gasleitung 12 eingebracht. Dabei kann die Gasleitung 12 Bestandteil des Gasventils sein. Das Brenngas bildet mit der Brennluft das brennbare Gemisch, das bei einer durch beispielsweise eine in den Zylinderraum 8 hineinragenden Zündkerze ausgelösten Entzündung verbrennt und den Kolben 4 bei dem dann geschlossenen Einlassventil 9 zur Erzeugung der Drehbewegung der Kurbelwelle entlang der Längsachse 6 nach unten bewegt. Nach der Verbrennung wird der Kolben 4 wieder nach oben bewegt und über ein ebenfalls in dem Zylinderkopf 2 angeordnetes Auslassventil wird das verbrannte Gemisch als Abgas aus dem Zylinderraum 8 und der Brennraummulde 7 ausgeschoben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist die Gasleitung 12 unter einem Winkel α von angenähert 45° bezogen auf eine Wandung des Einlasskanals 10 durch den Zylinderkopf 2 geführt und weist im Bereich der Mitte des beispielsweise in diesem Bereich zylinderförmig ausgebildeten Einlasskanals 10 einen abgewinkelten Abschnitt 13 auf, der entlang der Mittelachse des Einlasskanals 10 ausgerichtet ist. Die dargestellte Ausgestaltung und Anordnung der Gaslei- tung 12 in dem Einlasskanal 10 gewährleistet eine nahezu verlustfreie und ungestörte Strömung der Brennluft im Bereich der in den Einlasskanal 10 hineinragenden Gasleistung 12.
Aus der in Figur 2 dargestellten Detailansicht des Einlasskanals 10 mit dem ab- gewinkelten Abschnitt 13 der Gasleitung 12 ist ersichtlich, dass die Gasleitung 12 in dem abgewinkelten Abschnitt 13 eine kegelförmige Erweiterung 14 mit einem Erweiterungswinkel ß von beispielsweise angenähert 20° aufweist. In diese kegelförmige Erweiterung 14 ist zumindest eine, vorzugsweise aber eine auf dem Umfang der Erweiterung 14 verteilt angeordnete Anzahl von Öffnungen 15 einge- lassen. Durch diese Öffnungen 15 strömt eine definierte Menge von Brennluft in die Gasleitung 12 und vermischt sich dort mit dem beispielsweise mit der Machzahl 1 strömenden Brenngas. Im Bereich der Mündung des erweiterten Abschnitts 16 erfolgt dann eine Vermischung der vorgemischten Brennluft mit dem Brenngas mit der Restmenge von Brennluft, die außen entlang dem erweiterten Abschnitt 16 durch den Einlasskanal 10 strömt. Dadurch wird im Ergebnis eine innige Vermischung der Brennluft und des Brenngases schon in diesem Bereich des Einlasskanals 10 bewirkt, so dass letztendlich in dem Brennraum in der Brennraummulde 7 und/oder dem Zylinderraum 8 ein intensiv vermischtes Gemisch aus Brennluft und Brenngas eintritt.
Figur 3 zeigt eine Variante der kegelförmigen Erweiterung 14 gegenüber Figur 2. Bei dieser Variante beträgt der Erweiterungswinkel ß im Bereich von circa 60°. Dadurch wird der strömenden Brennluft ein höherer Strömungswiderstand entgegengesetzt, so dass eine erhöhte Menge von Brennluft durch die Öffnungen 15 in die Gasleitung 12 eintritt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ähnelt dem der Figur 3, wobei hier die Gasleitung 12 in dem erweiterten Abschnitt 16 zwischen der kegelförmigen Erweiterung 14 und der Mündung 17 in dem Einlasskanal 10 einen Diffusor 18 aufweist. Der Diffusor 18 ist durch eine Verengung des erweiterten Abschnitts 16 gebildet und der Diffusor 18 ermöglicht eine Optimierung des Geschwindigkeitsprofils der Strömung sowohl in der Gasleitung als auch der Brennluft außen entlang des erweiterten Abschnitts 16.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 zeigt eine Variante einer Öffnung 15. Bei dieser Variante ist in die Öffnung 15 ein Kugelventil 19, bestehend aus einer mit einem Ventilsitz zusammenwirkenden Kugel und einem die Kugel in einer Erweiterung der Öffnung 15 haltenden Klemmring. Das Kugelventil 16 gewährleistet, dass durch die Öffnung 15 nur Brennluft in die Gasleitung 12 hineinströmen kann.
Eine Variante hierzu zeigt Figur 6, wobei hier ein Klappenventil 20 vorgesehen ist, das an der kegelförmigen Erweiterung 14 im Bereich der Öffnung 15 angeordnet ist. Das Klappenventil 20 weist eine die Öffnung 15 beherrschende Klappe auf, die ebenfalls nur eine Strömung der Brennluft in die Gasleitung 12 hinein ermöglicht.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 ähnelt dem der Figur 4, wobei auch hier die Gasleitung 12 in dem erweiterten Abschnitt 16 zwischen der kegelförmigen Erweiterung 14 und der Mündung 17 in dem Einlasskanal 10 einen Diffusor 18 aufweist. Der Diffusor 18 ist durch eine Verengung des erweiterten Abschnitts 16 gebildet und der Diffusor 18 ermöglicht eine Optimierung des Geschwindigkeitsprofils der Strömung sowohl in der Gasleitung als auch der Brennluft außen entlang des erweiterten Abschnitts 16. Zusätzlich mündet in den erweiterten Abschnitt 16 im Bereich einer Strömungsverengung 22 des Diffusors 18 eine Abgasrückführleitung 21 ein, durch die ein Teilstrom des bei der Verbrennung der Brennluft und des Brenngases entstandenen Abgases in die Gasleitung 12 zurückgeführt wird. Das in die Gasleitung 12 eingeleitete Abgas heizt durch den eingebrachten Wärmestrom das in diesem Bereich der Gasleitung 12 strömende (Teil)-Gemisch aus Brennluft und Brenngas auf. Diese Aufheizung hat das Ziel, eine Angleichung der dynamischen Viskositäten von Brennluft und dem Brenngas-Abgas-Gemisch zu erreichen. Die Angleichung der Vikositäten führt zu einer besseren Vermischung mit der Brennluft im oder vor dem Brennraum der Brennkraftmaschine. Insbesondere um zu verhindern, dass eine Rückströmung des (Teil)-Gemisches aus Brennluft und Brenngas in die Abgasrückführleitung erfolgen kann, ist ein beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildetes Steuerventil 23 in die Abgasrückführleitung 21 eingebaut. Das Steuerventil 23 kann zusätzlich oder alternativ zu der Funktion als Rückschlagventil die in die Gasleitung 12 eingespeiste Menge des Abgases festlegen.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass beliebige Einzelmerkmale der Erfindung miteinander und untereinander kombiniert sein können.

Claims

Ansprüche
1 Einlasskanaleinrichtung zur Zuführung von Brennluft und Brenngas einer Brennkraftmaschine mit einem die Brennluft führenden Einlasskanal (10), der über ein Einlassventil (9) in einen Brennraum der Brennkraftmaschine mündet, und wobei in den Einlasskanal (10) eine das Brenngas führende Gasleitung (12) stromaufwärts des Einlassventils (9) mündet unter Bildung einer Mündung (17),
dadurch kennzeichnet, dass die Gasleitung (12) in einem Bereich vor der Mündung (17) in den Einlasskanal (10) zumindest eine Öffnung (15) für einen Austausch von Brennluft und Brenngas aufweist.
2. Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (15) eine Einlassöffnung in die Gasleitung (12) ist.
3. Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (15) in einer Erweiterung (14) der Gasleitung (12) angeordnet ist.
4. Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (14) kegelförmig ausgebildet ist.
5. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (15) ein Klappenventil (20) aufweist.
6. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (15) ein Kugelventil (19) aufweist.
7. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (12) stromabwärts der Öffnung (15) einen Diffusor (18) aufweist.
8. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführleltung (21) in die Gasleitung (12) einmündet.
9. Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleltung (21) in eine Strömungsverengung (22) eines Diffusors (18) einmündet.
10. Einlasskanaleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführleltung (21) ein Steuerventil (23) aufweist.
11. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Gasleitung (12) ein Metallwerkstoff oder ein Kunststoffwerkstoff ist.
12. Einlasskanaleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (10) in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingelassen ist.
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