CH622584A5

CH622584A5 -

Info

Publication number: CH622584A5
Application number: CH896677A
Authority: CH
Inventors: Joachim Dr Ing Schroeder
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1976-08-24
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1981-04-15
Also published as: NL183204C; NL7709053A; NL183204B; FR2362997B1; DK142090B; DE2637985B2; DK371877A; FR2362997A1; DK142090C; JPS5341626A; DE2637985A1; DE2637985C3; BR7705623A; IT1079830B; US4151816A; JPS6017922B2; GB1583580A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung einer Drallbewegung der Zylinderladung in einer ventilgesteuerten Kolbenbrennkraftmaschine, die einen im Einlasskanal oberhalb des Ventilsitzes vorgesehenen, Drall erzeugenden Einsatz aufweist.

Eine derartige, aus der deutschen Auslegeschrift 1 904 378 bekannte Einrichtung weist eine etwa senkrecht zur Strömungsrichtung der Ladeluft in den Einlasskanal hineinragende sichelförmige Blende auf. Diese Anordnung weist zwar gegenüber anderen bekannten Mitteln zur Erzeugung einer Drallbewegung der Ladeluft Vorteile auf. Im Vergleich zu Schirmventilen gestattet sie eine Drehung des Ventiles bei jedem Hub. Im Vergleich mit Drall bildenden, etwa spiralförmig gekrümmten Einlasskanälen führt sie zu einem wesentlich einfacher gestalteten Zylinderkopf. Die Anwendung einer derartigen Blende im Einlasskanal bewirkt jedoch eine Drosselung und führt daher zu einem niedrigen Durchflussbeiwert. Bei Vollast liegt also die der Brennkraftmaschine zuführbare Frischluftmenge merklich unter der Menge, die durch einen Einlasskanal ohne drosselnde Mittel hindurchströmen kann. Das bedeutet bei sonst gleichen Verhältnissen eine Verkleinerung der möglichen Höchstleistung der Brennkraftmaschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Durchflussbeiwert einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung zu verbessern.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Einsatz mehrere, sich von der Wand des Einlasskanals radial nach innen erstreckende, zur Ventillängsachse geneigt verlaufende Leitschaufeln umfasst. Die eröndungsgemässe Einrichtung ermöglicht durch die Drallbildung nicht nur in allen Lastbereichen eine gute Verbrennung, sondern erlaubt auch mit einer im Vergleich zur vorbekannten Einrichtung grösseren Höchstleistung zu fahren. Ausserdem kann sie auch nachträglich in bereits konstruierte Brennkraftmaschinen eingebaut werden.

Vorteilhaft ist der Einsatz in einem in Richtung der Ventillängsachse verlaufenden, unmittelbar über dem Ventilsitz befindlichen Abschnitt des Einlasskanals angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Massnahmen mit einem gegebenen Satz von Leitschaufeln ein grösstmöglicher Drall erzeugt werden kann.

Um die Durchflussverluste so klein wie möglich zu halten, soll der Schaufeleinlaufabschnitt etwa in Richtung der zuströmenden Ladeluft verlaufen. Ein ausreichender Drall bei geringen Strömungsverlusten lässt sich dann erreichen, wenn der Schaufelaustrittsabschnitt etwa unter einem Winkel von 20 bis 40° zu einer senkrecht zur Ventillängsachse gelegten Ebene verläuft.

Es hat sich weiterhin ergeben, dass ein ausreichender Drall bei gutem Durchflussbeiwert dann erreicht werden kann, wenn das Verhältnis der Sehnenlänge jeder Leitschaufel zur Schaufelteilung 0,8 bis 1,2 beträgt.

Vorzugsweise sind die Schaufeln gleichmässig über den Innenumfang des Einlasskanals verteilt. Diese Ausführung ist insbesondere bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit nur einem Einlassventil vorteilhaft.

Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlassventil sind gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung nur entlang eines Teiles des Innenumfanges jedes Teileinlasskanals Leitschaufeln vorgesehen. Diese Schaufeln sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlasskanal benachbarten Aussenbereich des Zylinderraumes leiten. Durch diese Massnahmen kann erreicht werden, dass die durch die beiden Einlassventile in den Zylinderraum gelangenden Luft5

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ströme sich gegenseitig nicht negativ beeinflussen, so dass sich im Zylinderraum eine resultierende Drallbewegung der gesamten Ladeluft ergibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen in Verbindung mit der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

In dieser zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen mit der erfindungsgemässen Einrichtung versehenen Einlasskanal in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Ansicht der Einrichtung nach Fig. 1 von oben,

Fig. 3 eine Teilabwicklung des beschaufelten Kanals nach Fig. 1 und 2 in vergrössertem Masstab,

Fig. 4 eihen Schnitt durch einen erfindungsgemässen Einsatz,

Fig. 5 die Anordnung der Leitschaufeln bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellung und

Fig. 6 eine zu Fig. 5 alternative Leitschaufelanordnung in gleicher Darstellung.

Bei einer Anordnung gemäss Fig. 1 und 2 sind der Einlasskanal insgesamt mit 1 und das Einlassventil insgesamt mit 2 bezeichnet. Der Einlasskanal 1 weist oberhalb eines Ventilsitzes 3 für einen Teller 4 des Einlassventiles 2 einen in Richtung der Ventillängsachse A-A verlaufenden Einlasskanalabschnitt 5 auf. In den Einlasskanalabschnitt 5 ist ein Tragring 6 eingesetzt. Der Tragring 6 weist mehrere sich in Richtung von der Wand des Einlasskanalabschnitts 5 radial nach innen erstrek-kende, zur Ventillängsachse A-A geneigt verlaufende, leicht gebogene Leitschaufeln 7 auf. Der Tragring 6 bildet zusammen mit den Leitschaufeln 7 einen Einsatz. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, führt der Einlasskanal 1 in einen Zylinderraum 8.

Insbesondere Fig. 3 lässt erkennen, dass die Leitschaufeln 7 in konstanter Stärke x ausgeführt sind. Sie können auch nach Art eines Tragflügels profiliert sein. Dabei läuft der Einlaufabschnitt 7a jeder Leitschaufel 7 etwa in der mit dem Pfeil a bezeichneten Zuströmrichtung der Ladeluft aus, um den Widerstand auf der Einlaufseite der Leitschaufeln so gering wie möglich zu halten. Der Einlaufabschnitt 7a kann jedoch auch unter einem kleinen Winkel gegenüber der Zuströmrichtung a geneigt verlaufen. Der Austrittsabschnitt 7b verläuft unter einem Winkel a von 30° zu einer senkrecht zu der angedeuteten Ventillängsachse A-A gelegten Ebene 9. Es hat sich als zweckmässig herausgestellt, den Winkel a in der Grössen-ordnung zwischen 20 und 40° zu wählen, um einerseits eine ausreichende Umlenkung der Ladeluft zu erhalten, andererseits aber den Durchflusswiderstand möglichst klein zu halten. Weiterhin beträgt das Verhältnis der Sehnenlänge s jeder zwischen Einlauf- und Austrittsabschnitt absatzlos gebogen verlaufenden Leitschaufel 7 zur Schaufelteilung 11,2. Dieses Verhältnis sollte innerhalb eines Bereiches von 0,8 bis 1,2 gewählt werden. In einem derart gewählten Bereich ergibt sich einerseits ein ausreichend starker Drall, andererseits wird der Durchflussbeiwert noch hoch gehalten. Dem gleichen Ziel dient es, das Verhältnis des freien Innendurchmessers d zwischen den Schaufelinnenkanten zum Innendurchmesser D des Tragringes 6 zwischen 0,5 und 0,7 zu wählen. Hierdurch kann ein hinreichend grosser Teil der durch den Einlasskanal 1 strömenden Ladeluft zur Drallbildung umgelenkt werden, während ein weiterer im mittleren Bereich des Einlasskanals 1 strömender Teil der Ladeluft weitgehend verlustfrei in den Zylinderraum 8 eintreten kann.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist in einer Eindre-hung 10 in einem in Richtung der Ventillängsachse A-A verlaufenden Einlasskanalabschnitt 18 eines Einlasskanales 11 im

Ventilkorb für ein Einlassventil 12 ein Tragring 13 eingesetzt, dessen Unterkante unmittelbar an einem Ventilsitzring 14 anliegt. Der Tragring 13 ist mit mehreren Leitschaufeln 15 versehen, von denen nur zwei dargestellt sind. Die Leitschaufeln 15 sind beispielsweise durch Schweissen fest mit dem Tragring 13 verbunden. Der Tragring 13 bildet mit den Leitschaufeln 15 wiederum einen Einsatz. Da bei einer bestimmten Ausbildung des Einsatzes der im Zylinderraum erreichte Drall um so grösser ist, je näher der Einsatz zum Zylinderraum hin angeordnet ist, ist die Unterbringung des Einsatzes unmittelbar vor dem Ventilsitzring 14 besonders günstig.

Der Tragring 13 ist durch zwei Schrauben 16 in seiner Lage gegenüber dem Einlasskanal 11 festgelegt. Die Schrauben 16 durchsetzen dabei je eine Ausnehmung 17 in der Wandung des Einlasskanals 11 und sind mit ihren Enden in den Tragring 13 eingeschraubt. Wird die Ausnehmung 17 grösser als der Durchmesser der Schraube 16 gewählt, so besteht bei dieser Anordnung die Möglichkeit, den Tragring 13 in einem gewissen Bereich um die Ventillängsachse A-A zu drehen. Hierdurch können die Leitschaufeln 15 so eingestellt werden, dass sich im Zylinderraum der optimale Drall ergibt. Diese Möglichkeit ist insbesondere für Brennkraftmaschinen mit zwei Einlassventilen pro Zylinder von Interesse. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Leitschaufeln einstückig mit dem Einlasskanal, beispielsweise durch Giessen, herzustellen.

Fig. 5 zeigt eine Brennkraftmaschine, bei der zwei Einlassventile pro Zylinder vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung verzweigt sich ein Einlasskanal 20 in zwei Teileinlasskanäle 21, 22, die zu je einem Einlassventil führen. In jedem der beiden Teileinlasskanäle 21,22 ist ein Tragring 23, 24 vorgesehen, der wiederum mehrere gleich ausgebildete und in gleichen Abständen angeordnete Leitschaufeln 25, 26 trägt. Die Anordnung und Ausgestaltung der Leitschaufeln 25,26 entspricht dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die beiden Reihen der Leitschaufeln 25,26 sind darüber hinaus so angeordnet, dass sie den beiden Ladeluftteilmengen Drallbewegungen aufzwingen, die, wie die Pfeile b zeigen, gleichen Drehsinn aufweisen und aus denen sich im Zylinderraum 27 ein in Richtung des Pfeiles c verlaufender Gesamtdrall bildet. Mit dieser Anordnung lässt sich im Zylinderraum 27 ein maximaler Drall erzeugen.

Es hat sich herausgestellt, dass häufig auch ein geringerer Drall im Zylinderraum ausreicht. In einem derartigen Fall kann der Tragring 24 mit den Leitschaufeln 26 weggelassen werden, so dass lediglich die durch den kürzeren Teileinlasskanal 21 strömende Luft in eine Drallbewegung versetzt wird.

Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 6. Hier verzweigt sich wiederum ein Einlasskanal 30 in zwei Teileinlasskanäle 31, 32. In jedem der beiden Teileinlasskanäle ist je ein Tragring 33, 34 vorgesehen. Jeder der beiden Tragringe 33,34 weist jedoch nur über einen Teil seines Umfanges Leitschaufeln 35, 36 auf. Dabei sind die Leitschaufeln 35, 36 derart angeordnet, dass ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlasskanal benachbarten Aussenbereich 37 bzw. 38 des Zylinderraumes 39 umlenken. Dabei sind die Leitschaufeln 35, 36 wiederum so angeordnet, dass sie den durch die beiden Teileinlasskanäle 31, 32 strömenden Mengen der Ladeluft, wie durch die Pfeile e angedeutet, jeweils in gleicher Richtung verlaufende Drallbewegungen aufzwingen, aus denen sich ein resultierender, in Richtung des Pfeiles f drehender Gesamtdrall im Zylinderraum 39 ergibt. Ferner leitet zweckmässig die letzte Leitschaufel 35a bzw. 36a die Ladeluft etwa tangential in den unmittelbar benachbarten Aussenbereich des Zylinderraumes 39, wie durch die Pfeile g angedeutet ist.

Im Vergleich zur Anordnung nach Fig. 5 kann mit dieser Ausgestaltung ein noch grösserer resultierender Drall im Zylinderraum erreicht werden. Dabei wird sogar der Durchflussbeiwert noch besser.

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1. Einrichtung zur Erzeugung einer Drallbewegung der Zylinderladung in einer ventilgesteuerten Kolbenbrennkraftmaschine, die einen im Einlasskanal oberhalb des Ventilsitzes vorgesehenen, Drall erzeugenden Einsatz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6,7,13,15,23,25,

24, 26, 33, 35,34, 36) mehrere, sich von der Wand des Einlasskanals (5,11, 21, 22, 31, 32) radial nach innen erstrek-kende, zur Ventillängsachse (A-A) geneigt verlaufende Leitschaufeln (7,15, 25,26, 35,36) umfasst.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6, 7,13,15) in einem in Richtung der Ventillängsachse (A-A) verlaufenden, unmittelbar über dem Ventilsitz (3,14) befindlichen Einlasskanalabschnitt (5, 18) angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6, 7,13,15) einen an der Wand des Einlasskanals (5,11) festgelegten Tragring (6,13) mit daran befestigten Leitschaufeln (7,15) umfasst.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (7) konstante Stärke (x) haben.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf abschnitt (7a) jeder Leitschaufel (7) etwa in Richtung der zuströmenden Ladeluft verläuft.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsabschnitt (7b) jeder Leitschaufel (7) unter einem Winkel von 20 bis 40° zu einer senkrecht zur Ventillängsachse (A-A) gelegten Ebene (9) verläuft.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Sehnenlänge (s) jeder Leitschaufel (7) zur Schaufelteilung (t) 0,8 bis 1,2 beträgt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Durchmessers (d) zwischen den Innenkanten der Leitschaufeln (7) zum Innendurchmesser (D) des Tragrings (6) 0,5 bis 0,7 beträgt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (7, 15,25,26) gleichmässig über den Innenumfang des Einlasskanals (1,11,21,22) verteilt sind.

10. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlassventil nur entlang eines Teiles des Innenumfanges jedes Teileinlasskanals (31, 32) Leitschaufeln (35,36) vorgesehen sind.

11. Einrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (35, 36) derart angeordnet sind, dass ihre Austrittsabschnitte die Ladeluft unmittelbar in einen dem Teileinlasskanal benachbarten Aussenbereich (37, 38) des Zylinderraumes (39) leiten.

12. Einrichtung nach Patentanspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die letzte Leitschaufel (35a, 36a) der Schaufelreihe eines Teileinlasskanales (31, 32) die Ladeluft etwa tangential in den unmittelbar benachbarten Aussenbereich (37,38) des Zylinderraumes (39) leitet.

13. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlassventil und unterschiedlich langen Teileinlasskanälen nur in den kürzeren Teileinlasskanälen Leitschaufeln vorgesehen sind.

14. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit mehr als einem Einlassventil die Leitschaufeln (25,26) in den Teileinlasskanälen (21,22) derart angeordnet sind, dass die durchtretenden Ladeluftteilmengen gleichen Drehsinn aufweisen.