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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotor, mit zwei paarweise nebeneinander im Zylinderkopf angeordneten Einlassventilen je Zylinder, über die die
Verbrennungsluft mit um die Zylinderachse rotierender Drehströmung in den Zylinder geleitet ist.
Bei Motoren mit innerer Gemischbildung benötigt man in vielen Fällen, vor allem bei kleineren
Zylinderdurchmessern und bei höheren Drehzahlen, zur Gemischbildung eine Rotation der Verbrennungsluft im
Zylinder. Es sind zahlreiche Ausführungen von Motoren bekanntgeworden, bei welchen dieser Drall der
Zylinderladung durch spezielle Gestaltung des Einlasskanalsystems bewusst verstärkt wird. Ein typisches Beispiel einer solchen Einlasskanalanordnung ist der österr. Patentschrift Nr. 205291 zu entnehmen.
Bei dieser bekannten
Konstruktion wird durch eine besondere Gestaltung des um den Ventilschaft gelegenen Teiles des Einlasskanals eine Verteilung der Strömung über den Umfang des Einlassventils erreicht, bei der vorwiegend
Strömungskomponenten vorhanden sind, die einen Beitrag zu einer gleichsinnigen Rotationsströmung der
Verbrennungsluft um die Zylinderachse liefern. Es werden also bewusst der Drallrichtung entgegengesetzte
Strömungen unterdrückt.
Dem gleichen Bestreben folgt auch die bekannte Bauart einer Vierventil-Brennkraftmaschine nach der deutschen Offenlegungsschrift 2110648. Hier sind je Zylinder zwei gleichsinnig ausgeführte Drallkanäle vorhanden, deren Aufgabe die Erzeugung eines möglichst starken und gleichmässigen Dralles der
Verbrennungsluft ist.
Eine ähnliche Wirkung ergibt sich bei einem Einlasskanalsystem nach der deutschen
Offenlegungsschrift 1928464 durch die Anordnung von zwei im Querschnitt dreieckförmigen Einlasskanälen, die jeweils mit gleichsinniger Wmdung um den betreffenden Ventilschaft zum Ventilsitz abfallen.
Auch die Anordnung zweier, im gleichen Drehsinn tangential in den Zylinder einmündender Einlasskanäle, wie sie der deutschen Offenlegungsschrift 1426103 zu entnehmen ist, dient lediglich einer Intensivierung der
Rotation der Verbrennungsluft im Zylinder.
Die Erfindung baut demgegenüber auf andern Erkenntnissen auf. Sie geht davon aus, dass es für manche
Zwecke, z. B. zur Erzielung eines niedrigen Gehaltes an No, in den Abgasen notwendig ist, nicht nur für einen
Drall der Zylinderladung zu sorgen, sondern auch einen raschen Ablauf der Verbrennung herbeizuführen. Dies setzt eine rasch verlaufende Gemischbildung voraus. Es hat sich gezeigt, dass die Gemischbildung und damit auch die Verbrennung durch Erzeugung einer starken Turbulenz der im Zylinder rotierenden Verbrennungsluft beschleunigt werden kann.
Bezüglich der für die beschleunigte Gemischbildung förderlichen Turbulenz der Verbrennungsluft ist anzustreben, dass diese innerhalb des Zylinders voll wirksam ist, eine Forderung, deren Verwirklichung insoferne
Probleme aufwirft, als Turbulenz ein Vorgang ist, dessen Intensität rasch abnimmt, wobei die kinetische Energie aufgebraucht und in Wärme verwandelt wird.
Von diesen Erkenntnissen ausgehend, ist es die Aufgabe der Erfindung, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art Massnahmen zu treffen, die das Entstehen einer stark turbulenten rotierenden Strömung der Zylinderladung gewährleisten, wobei der Grad der Turbulenz sowie der beabsichtigten Luftrotation den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden können.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass zur Bildung eines Teilluftstromes, dessen Strömungsrichtung im Zylinder in an sich bekannter Weise dem Drehsinn der übrigen, um die Zylinderachse rotierenden Verbrennungsluft entgegengesetzt ist, in wenigstens einem der Einlasskanäle an sich bekannte, in Ventilnähe den Kanalquerschnitt unterteilende Einbauten vorgesehen sind, und dass diese Einbauten den zugeführten Luftstrom in bezüglich der Zylinderachse im entgegengesetzten Drehsinn strömende Teilluftströme aufspalten.
Dadurch werden, im Gegensatz zu den früheren Entwicklungstendenzen im Motorenbau bewusst Strömungsverhältnisse geschaffen, bei denen die beabsichtigte Turbulenz unmittelbar im Zylinder selbst durch den Zusammenprall der in entgegengesetztem Sinne um die Zylinderachse rotierenden Teilluftströme erzeugt wird. Da die Turbulenz also erst knapp vor dem Einsetzen des Verbrennungsvorganges entsteht, kommt ihr fördernder Einfluss auf die verbesserte und beschleunigte Gemischbildung voll zur Entfaltung.
Durch den Zusammenprall der Teilluftströme wird zwar die Rotation der Zylinderladung etwas abgeschwächt, doch bildet sich eine stark turbulente Drehströmung im Sinne des stärkeren Teilluftstromes aus, wobei das Ausmass der Rotation und der Turbulenz dieser resultierenden Strömung durch die Gestaltung der Einbauten in den Einlasskanälen auf die jeweilige Motorkonstruktion optimal abgestimmt werden kann.
Durch die Einbauten werden dem Konstrukteur hinsichtlich der sonstigen Ausbildung und Formgebung der Einlasskanäle nur geringe Beschränkungen auferlegt, so dass die anderweitigen konstruktiven Gesichtspunkte, die sich bei Mehrventil-Brennkraftmaschinen, insbesondere im Hinblick auf die beengten Platzverhältnisse, ergeben, volle Berücksichtigung finden können.
Neben der Einflussnahme auf die Strömungsverhältnisse im Zylinder durch die Formgebung der Einbauten besteht auch noch die Möglichkeit einer Beeinflussung durch die Anwendung von Einbauten nur an einem oder an beiden Einlasskanälen. In allen diesen Fällen ist es nicht erforderlich, dass derjenige Teilluftstrom, welcher dem im Zylinder in der beabsichtigten Drehrichtung rotierenden Hauptluststrom entgegenströmen soll, zur Gänze schon in dieser Richtung über den Ventilspalt austritt, sondern es können auch Teile dieses schwächeren
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Luftstromes in einer solchen Richtung über den Ventilspalt strömen, dass sie von der benachbarten
Zylinderwandung in die der beabsichtigten Luftrotation entgegengesetzte Richtung abgelenkt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen an beiden Einlassventilen vorgesehene Einbauten etwa denselben Abstand von der Zylinderachse und dieselbe relative Lage in bezug auf die Zylinderachse auf. Man erreicht dadurch, dass die über die beiden Einlassventile eintretende Verbrennungsluft im wesentlichen in zwei konzentrischen Ringen, im entgegengesetzten Drehsinn strömend, sich im Zylinder bewegt. Die Hauptluftströme aus den beiden Ventilen vereinigen sich dabei zu dem äusseren, in der Hauptdrallrichtung rotierenden Ring, wogegen der innere Ring die entgegengesetzten Teilluftströme aus den beiden Ventilen vereinigt.
Obgleich es schon während des Einströmvorganges zu einer teilweisen Mischung beider Ströme kommt, wird der für die Entstehung der beabsichtigten starken Turbulenz der Zylinderladung massgebliche Zusammenprall der beiden
Luftströme zum Teil gegen das Ende der Verdichtung hin aufgeschoben. In dieser Phase werden nämlich die in den beiden ringförmigen Zonen rotierenden Ladungsteile in den im Kolben liegenden Verbrennungsraum übergeschoben, wobei es dann zu dem beabsichtigten Aufeinanderprall der entgegengesetzt strömenden Luftschichten kommt. Die Mischung dieser Teile der Ladung tritt also erst knapp vor der Verbrennung ein, so dass die Turbulenz bis zur Einspritzung des Kraftstoffes in nahezu voller Stärke erhalten bleibt.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal können die Einlasskanäle beider Einlassventile als Schrägkanäle ausgebildet sein. Dadurch können die bekannten Vorteile von Schrägkanälen, nämlich deren geringe Bauhöhe und niedriger Strömungswiderstand, der Erfindung voll nutzbar gemacht werden.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung besteht schliesslich darin, dass die den Kanalquerschnitt unterteilenden Einbauten als von der der Zylinderachse nähergelegenen Begrenzungswand des Einlasskanals in den Ringraum oberhalb des Einlassventils hineinragende, an sich bekannte Rippen ausgebildet sind, deren freie Enden der Eintrittsöffnung des Einlasskanals zugewendet sind. Bei dieser Gestaltung der Einbauten kommt es zur Ausbildung ausgeprägter Teilluftströme entgegengesetzten Drehsinnes, deren Mengenverhältnis und Ausströmbereich am Ventilumfang durch entsprechende Formgebung der Rippe in einfacher Weise variiert und den Erfordernissen des betreffenden Motors angepasst werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Horizontalschnitt des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung, beschränkt auf den erfindungswesentlichen Bereich, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Strömungsverhältnisse im Zylinder dieser Brennkraftmaschine, Fig. 3 einen teilweisen Axialschnitt des Zylinders einer Brennkraftmaschine nach Fig. l, und Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einlasskanal- und -ventilanordnung einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung.
Bei dem Zylinderkopf--l--der Vierventil-Brennkraftmaschine nach Fig. l sind nur die beiden bezüglich der Zylinderachse--2--um etwa 900 zueinander versetzten Einlassventile--3 und 4--dargestellt.
Von den Auslassventilen sind der besseren übersichtlichkeit halber nur die Achsen--5--eingezeichnet und die Darstellung der Auslasskanäle--6 und 7--endet an dem den Zylinderdurchmesser kennzeichnenden, strichliert eingezeichneten Kreis--8--.
Die zu den Ventilen--3 und 4--führenden Einlasskanäle--9 und 10--, welche von einem
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Begrenzungswand jedes der beiden Einlasskanäle-9 und 10-ragt eine Rippe-13-in den Ringraum - vor, deren freies Ende der Eintrittsöffnung des jeweiligen Einlasskanals zugewendet ist. Durch die Rippe--13--wird die über die Einlasskanäle--9, 10-- zuströmende Verbrennungsluft in Teilströme --14, 15--aufgespalten, von denen jeweils der eine--14--in den Ringraum --12-- eintritt und dort über den Ventilspalt unmittelbar in den Zylinder einströmt.
Der andere Teilstrom --15-- wird durch die Rippe --13-- unmittelbar zum Ventilspalt abgelenkt und tritt in einer in bezug auf die Zylinderachse--2-dem Luftstrom --14-- entgegengesetzten Richtung in den Zylinder ein. Die im entgegengesetzten Sinne rotierenden Luftströme --14 und 15-prallen innerhalb des Zylinders aufeinander, wobei eine starke Turbulenz der Zylinderladung entsteht.
Der stärkere, in einer grösseren Entfernung von der Zylinderachse --2-- rotierende Luftstrom --14-- nimmt dabei den schwächeren Teilluftstrom-15-mit, so dass eine resultierende Drehströmung im Sinne der beabsichtigten Drehrichtung der Zylinderladung, also im Uhrzeigersinn, entsteht, welcher Drehströmung die durch den Zusammenprall der Teilströme --14 und 15-entstandene starke Turbulenz überlagert ist.
In Fig. 2 sind diese Strömungsverhältnisse stark schematisiert dargestellt. Die Strömungsverhältnisse gelten für eine Anordnung der Einlassventile--3, 4--, bei der die Rippen--13--oder sonstigen die Unterteilung der Verbrennungsluft bewirkenden Einbauten etwa im gleichen Abstand von der Zylinderachse--2-angeordnet sind und auch im wesentlichen dieselbe relative Lage bezüglich der Achse--2--aufweisen. In diesem Fall strömen die Teilluftströme--14 und 15--annähernd in konzentrischen ringförmigen Zonen--A und B--, wobei die Luft im äusseren Ring-A-in der Hauptdrallrichtung und im inneren Ring--B-in der entgegengesetzten Richtung strömt.
Die Ringzonen --A und B--sind selbstverständlich nicht scharf begrenzt und eine geringe Mischung der beiden Teilströme --14 und 15-erfolgt bereits beim Einströmen derselben in den Zylinder.
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Wie Fig. 3 zeigt, erfolgt die wesentliche Mischung durch das Aufeinanderprallen der Teilströme--14 und 15-- im Zylinder --16- erst gegen Ende der Verdichtung, wenn die in den Ringzone--A und B--
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bleibt.
Abweichend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Massnahmen zur Erzeugung einer Turbulenz auch nur an einem der beiden Einlassventile getroffen werden. Ein solcher Fall ist in Fig. 4 dargestellt. Hier sind die zu den Ventilen --3 und 4-- führenden beiden Einlasskanäle-9'und 10'-als sogenannte Schrägkanäle ausgebildet, wobei nur im Einlasskanal-10'-eine den Kanalquerschnitt unterteilende Rippe --13-- vorgesehen ist. Infolgedessen tritt über das Einlassventil --4-- ein im Sinne der beabsichtigten Hauptdral1richtung im Zylinder ausgerichteter Teilluftstrom --14-- und über den Ventilspalt vor der Rippe
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Turbulenz aber eine verstärkte Rotation der Zylinderladung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotor, mit zwei paarweise nebeneinander im Zylinderkopf angeordneten Einlassventilen je Zylinder, über die die Verbrennungsluft mit um
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dass zur Bildung eines Teilluftstromes (15), dessen Strömungsrichtung im Zylinder (16) in an sich bekannter Weise dem Drehsinn der übrigen, um die Zylinderachse (2) rotierenden Verbrennungsluft (14) entgegengesetzt ist, in wenigstens einem der Einlasskanäle (9, 10 ; 9'. 10') an sich bekannte in Ventilnähe den Kanalquerschnitt unterteilende Einbauten (13) vorgesehen sind und dass diese Einbauten (13) den zugeführten Luftstrom in bezüglich der Zylinderachse (2) in entgegengesetztem Drehsinn strömende Teilluftströme (14, 15) aufspalten (Fig. 1 bis 4).
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