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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, welcher
zumindest eine Einlassöffnung
aufweist, an welche zumindest ein Ansaugkanal anschliesst, wobei
zur Unterteilung in Teilansaugpfade im Ansaugkanal zumindest ein
Leitelement vorgesehen ist.
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Derartige Verbrennungskraftmaschinen
sind in vielfältigster
Form und Ausführung
auf dem Markt bekannt und gebräuchlich.
Die
DE 199 60 626 beschreibt
eine Kolbenbrennkraftmaschine mit unterteiltem Gaseinlasskanal,
bei welcher je Zylinder wenigstens einen in wenigstens eine Durchtrittsöffnung ausmündenden Gaseinlasskanal
vorgesehen ist, welcher über
zumindest eine Teillänge
durch wenigstens eine Trennwand in zwei Teilkanäle unterteilt ist. Dabei weist
die Trennwand eine in Strömungsrichtung
verlaufende rinnenförmige Profilierung
auf. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass im Teillastbetrieb eine
in einen Einlasskanal eingesetzte zusätzliche Riegelvorrichtung vorgesehen
sein muss, um bei Teillast den Teilkanal zu verschliessen. Nachteilig hieran
ist ferner, dass insbesondere im Teillastbereich zur Erzeugung von
starken Swirl- und/oder Tumble-Strömungen im Zylinder der Gasstrom
nicht optimal das Einlassventil umströmt. Zudem lässt sich bei einer derartigen
Lösung
der Kraftstoffverbrauch, insbesondere bei Teillast nicht genügend reduzieren.
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Die
DE 101 10 986 A1 offenbart eine Viertakt-Brennkraftmaschine
mit zumindest zwei Einlassventilen. Eine derartige Viertakt-Brennkraftmaschine
ist lediglich für
zwei Einlassventile geeignet und auf eine derartige Lösung beschränkt. Zudem
ist die vorgenannte Viertakt-Brennkraftmaschine lediglich auf die
Anwendung von Schiebervergasem beschränkt, wobei nicht universell
sämtliche
herkömmlichen
Gasaufbereitungseinrichtungen verwendet werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile beseitigt
und mit welcher auf einfach und kostengünstige Weise unabhängig von
verschiedenen Gemischaufbereitungseinrichtungen ein Einströmen und
Umströmen
des Einlassventiles auch im Teillastbereich optimiert ist. Ferner
soll eine Kraftstoffreduktion bei verbesserten Einströmverhältnissen
durch Walzenwirbel (Tumble) und/oder auch Swirl möglich sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass
das Leitelement zur radialen Umlenkung des Gasstromes radial in
Axialrichtung im Ansaugkanal spiralartig verdreht eingesetzt ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung hat
sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Leitelement in einen Einlasskanal
einzusetzen, welches in Axialrichtung radial verdreht eingesetzt
ist. Bevorzugt findet eine Verdrehung des Leitelementes von 70° der 90° statt. Die
Verdrehung kann jedoch auch in Winkelbereichen zwischen 45° und 135° liegen.
Hierdurch wird radial der in die Teilansaugpfade eintretende Gasstrom
umgelenkt und umströmt
das Einlassventil optimiert.
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Zusätzlich hat sich als vorteilhaft
erwiesen, dass insbesondere zur Optimierung von Tumble- oder Swirl-Strömungen der
Ansaugkanal leicht gegenüber
einer Ventilebene abgewinkelt ausgebildet ist. Hierdurch löst sich
insbesondere im abgewinkelten Bereich die Strömung ab und unterstützt eine
Tumble- und/oder Swirl-Strömung
im Zylinder. Hierdurch werden die Verbrennungsprozesse optimiert,
so dass sich hierdurch ein Kraftstoffverbrauch reduzieren lässt.
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Ferner ist von Vorteil bei der vorliegenden
Erfindung, dass sich insbesondere im Teillastbereich entweder durch
eine als Schieber ausgebildete Gemischaufbereitungseinrichtung lediglich
ein Teilansaugpfad mit einem Gasstrom versorgen lässt, der über ein
entsprechendes radiales Verdrehen optimiert dem Einlassventil, insbesondere
der Einlassöffnung
zugeführt
wird. Dies soll ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.
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Ist bei der vorliegenden Erfindung
die Gasaufbereitungseinrichtung als Drosselklappe ausgebildet, so hat
sich als vorteilhaft erwiesen, zwischen dem Leitelement und der
Gasaufbereitungseinrichtung ein Rohrelement einzusetzen, welches
vorzugsweise koaxial in den Ansaugkanal eingesetzt ist. Dieses mündet jedoch querschnittlich
halbkreisartig in einen der beiden Teilansaugpfade ein, so dass
je nach Stellung der Drosselklappe entweder nur ein zwischen Rohrelement
und Ansaugkanal entstehender Ringspalt mit dem Gasstrom versorgt
wird oder im Volllastbereich, bei vollständig geöffneter Drosselklappe beide
Teilansaugpfade bzw. Ringspalt und Einströmöftnung des Rohrelementes mit
dem Gasstrom versorgt werden. Über
das anschliessende Leitelement lässt
sich in oben beschriebener Weise der Gasstrom wirkungsoptimiert
der Einlassöffnung bzw.
dem Zylinder zuführen.
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Insbesondere durch die radiale Umlenkung
durch das Leitelement wird der Gasstrom im Kanal radial verdreht,
was eine Optimierung des Verbrennungsprozesses bei Reduktion des
Kraftstoffverbrauches zur Folge hat.
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Die vorliegende Erfindung findet
beispielsweise Anwendung für
alle Kolbenmotoren auch mit mehreren Zylindern und auch mit mehreren
Einlassventilen, die in oben beschriebener Weise mit einem Gasstrom versorgt
werden. Im Falle, dass mehrzylindrige Motoren mit lediglich einer
Drosselklappe versehen sind, kann ein Ansaugsammler verwendet werden,
der beispielsweise zweigeteilt ausgeführt ist, in dem der Gasstrom
geteilt in die jeweiligen Ansaugkanäle gelangt. Hierdurch wird
insbesondere der Kraftstoffverbrauch erheblich reduziert und auch
Abgasemissionsverhalten auch in Teillastbereichen von Otto-Motoren
optimiert.
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Dabei soll auch im Rahmen der vorliegenden
Erfindung liegen, dass das Leitelement aus dem Ansaugkanal selbst
gebildet ist oder in diesen nachträglich einsetzbar ist. Dies
kann auch aus unterschiedlichsten Materialien, Metall, Kunststoff
oder aus dem Material des Ansaugkanales selbst gebildete sein. Es
soll auch daran gedacht sein, dass eine Aufteilung, insbesondere
eine querschnittliche Aufteilung des Ansaugkanales in Teilansaugpfade
querschnittlich unterschiedlich erfolgt. Das Leitelement muss nicht
zwingend im Bereich einer neutralen Faser oder im Bereich einer
Mitte des Ansaugkanales angeordnet sein. Dieses kann auch aussermittig
angeordnet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in den
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1a und 1b schematisch dargestellte,
perspektivische Ansichten auf einen Teil einer Verbrennungskraftmaschine
im Bereich des Ansaugkanales;
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2a und 2b schematisch dargestellte
Seitenansichten auf den Teilbereich der Verbrennungskraftmaschine
mit nahezu geschlossenem Drosselschieber und vollständig geöffnetem
Drosselschieber;
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3a eine
schematisch dargestellte Ansicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gemäss
den 1a bis 2b;
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3b und 3c schematisch dargestellte
Seitenansichten auf das Ausführungsbeispiel
gemäss 3a im Teillast- und Volllastbetrieb.
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Gemäss 1a weist
ein Teil einer Verbrennungsmaschine R, einen hier nur schematisch
angedeuteten Zylinder 1 auf, in welchem zumindest ein Einlassventil 2 eine
Einlassöffnung 3 aufweist,
an welche ein Ansaugkanal 4 anschliesst. Vorzugsweise schliesst
der Ansaugkanal 4, wie es deutlich in dem Ausführungsbeispiel
gemäss
den 2a und 3b aufgezeigt ist, in einem
Winkel ß von
etwa 60° bis
80° zu einer
Ventilebene 5 abgewinkelt an. Der Ansaugkanal 4 mündet in
zumindest eine Mischaufbereitungseinrichtung 6. Dieser
kann als Drosselschiebervergaser, wie es in den 1a bis 2b oder
als einfache Drosselklappe, wie es in den 3a bis 3b dargestellt
ist, ausgebildet sein. Als Gemischaufbereitungseinrichtungen 6 können beliebige Vergaser-
oder Einspritzeinrichtungen, Drosselklappen etc. eingesetzt sein.
Hierauf sei die Erfindung nicht beschränkt.
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Wesentlich ist bei der vorliegenden
Erfindung, dass zwischen Gemischaufbereitungseinrichtung 6 und Einlassöffnung 3 in
den Ansaugkanal 4 ein Leitelement 7 in den Ansaugkanal 4 eingesetzt
ist. Die Besonderheit des Leitelementes 7 steht darin,
dass dieses in Axialrichtung spiralartig bzw. spiralförmig verdreht
eingesetzt ist. Das Leitelement 7 unterteilt den Ansaugkanal 4 in
Teilansaugpfade 8.1 und 8.2. Die Besonderheit
bei der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das Leitelement 7,
ausgehend von einer der Gemischaufbereitungseinrichtung 6 zugeordneten
Stirnseite 9, welche bevorzugt waagrecht im Ansaugkanal 4 eingesetzt
ist, spiralartig sich in Längsrichtung
verdreht, so dass eine zweite, der Einlassöffnung 3 zugeordnete
Stirnseite 10 des Leitelementes 7 verdreht ist
und hierdurch ein Gasstrom im Ansaugkanal 4 radial umgelenkt
wird. Zwischen Stirnseite 9 und Stirnseite 10 findet
eine Verdrehung im Leitelement 7 um einen nur angedeuteten
Winkel a in Axialrichtung von vorzugsweise 70° oder 90° statt. Das spiralartige Verdrehen
des Leitelementes 7 kann in Winkelbereichen α zwischen
Stirnseite 9 und Stirnseite 10 des Leitelementes 7 zwischen α = 45° bis 135° erfolgen.
Hierdurch lässt
sich der Gasstrom, der den Ansaugkanal 4, insbesondere
die Teilansaugpfade 8.1, 8.2 durchströmt, zur
optimierten Zuführung
der Einlassöffnung 3 bzw.
Umströmung
des Einlassventiles 2 radial umlenken.
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Es hat sich ferner als vorteilhaft
ennriesen, eine Länge
L des Leitelementes 7 zu wählen, welches zumindest einem
Durchmesser D des Ansaugkanales 4 entspricht. Bevorzugt
entspricht die Länge
L in etwa 2/3 einer Gesamtlänge
G des Ansaugkanales 4.
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Der Strömungsverlauf des Gasstromes
ist in 1 b angedeutet, wobei im Ansaugkanal 4 bei
vollständig
geöffneter
Gemischaufbereitungseinrichtung 6 bzw. bei vollständig geöffnetem
Drosselschieber der Gasstrom in die beiden Teilansaugpfade 6.1, 6.2 gelangt
und radial im Ansaugkanal 4 verdreht wird, um das Einlassventil 2 optimal
zu umströmen.
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In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung gemäss 2a ist die Strömungsführung im Ansaugkanal 4 unter
Teillast aufgezeigt, d.h., der Drosselschieber ist nahezu geschlossen.
Damit wird lediglich im Teilansaugpfad 8.1 der Gasstrom
aufgenommen und über
das spiralartig radial verdrehte Leitelement 7 optimiert
dem Einlassventil 2 zugeführt.
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Ist, wie insbesondere in 2b dargestellt, der Drosselschieber
vollständig
geöffnet,
so wird der Gasstrom aufgeteilt in die Teilansaugpfade 8.1, 8.2 und
durchströmt
beide Teilansaugpfade 8.1, 8.2. Dabei soll auch
im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass die Teilansaugpfade 8.1, 8.2 nicht
unbedingt querschnittlich hälftig
den Ansaugkanal 4 unterteilen. Dies kann je nach Gemischaufbereitungseinrichtung 6 auch unterschiedlich
sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gemäss
den 3a bis 3c ist zusätzlich bei
einer Verbrennungskraftmaschine R2 in den
Ansaugkanal 4, sollte die Gemischaufbereitungseinrichtung 6 lediglich
als Drosselklappe 15 ausgebildet sein, ein Rohrelement
11 dem Leitelement 7 vorgeschaltet. Das Rohrelement 11 ist
vorzugsweise koaxial in den Ansaugkanal 4 eingesetzt und
weist eine der Gemischaufbereitungseinrichtung 6 zugeordnete
vorzugsweise kreisartige Einströmöffnung 12 auf.
Ausserhalb der Einströmöffnung 12 des
Rohrelementes 11 ist ein Ringspalt 13 zwischen
Rohrelement 11 und Ansaugkanal 4 gebildet.
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Das Rohrelement 12 erstreckt
sich gegen die Stirnseite 9 des Leitelementes 7 und
verändert
seinen Durchmesser derart, dass dieses im Bereich der Stirnseite 9 des
Leitelementes 7 eine halbkreisartige Ausströmöffnung 14 aufweist.
Der durch die Einströmöffnung 12 geführte Gasstrom
gelangt somit lediglich in den Teilansaugpfad 8.1. Ist
eine Drosselklappe 15 der Gemischaufbereitungseinrichtung 6,
wie es in den 3a und 3b dargestellt ist, nur teilweise
geöffnet,
durch Verschwenken der Drosselklappe 15 um die Mittelachse
M, so strömt
der Gasstrom oberhalb und unterhalb der Drosselklappe 7 lediglich
in den Ringspalt 13 ein und wird über den Teilansaugpfad 8.2 dem
Einlassventil 2 strömungsoptimiert
zugeleitet.
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In 3b ist
eine Verbrennungskraftmaschine R2 aufgezeigt,
bei welcher die Drosselklappe 15 vollständig in waagrechter Stellung
geöffnet
ist und hierdurch ein Volllastbetrieb eingestellt ist. Der Gasstrom durchströmt das Rohrelement 11 sowie
auch den Ringspalt 13 vollständig, so dass beide Teilansaugpfade 8.1, 8.2 umströmt werden
und in oben beschriebener Weise mittels des Leitelementes 7 der
Gasstrom umgelenkt wird.
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Dabei schliesst, wie es insbesondere
in 3a ersichtlich ist,
eine untere Ebene 16 des Rohrelementes 11 bündig mit
der Stirnseite 9 an das Leitelement 11 an, so
dass hierdurch gewährleistet
wird, dass lediglich der durch die Einströmöffnung 12 eintretende
Gasstrom in den Teilansaugpfad 8.1 gelangt.
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Auf diese Weise lässt sich auch eine als Drosselklappe 15 ausgebildete
Gemischaufbereitungseinrichtung 6 verwenden, um im Teillastbereich
mit Hilfe des Leitelementes 7 einem Gasstrom dem Einlassventil 2 optimiert
zuzuführen.
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