DE19919533A1 - Einlassleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Einlassleitungsanordnung für eine BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einer Einlaßleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine gehen zumindest zwei in einem Zylinderkopf (1) angeordnete Einlaßkanäle (4, 5) von einem gemeinsamen Einlaßströmungsweg (7) aus. Im Bereich der Verzweigung (9) in die Einlaßkanäle (4, 5) ist eine als Steuerklappe (10) ausgeführte Drallsteuereinrichtung angeordnet, welche um eine in einem Endbereich (11) der Steuerklappe (10) sich befindende Drehachse (12) drehbar ist. Die Steuerklappe (10) gibt in einer Stellung beide Einlaßkanäle (4, 5) frei und sperrt in einer anderen Stellung einen Einlaßkanal (4, 5). Um mit möglichst geringem konstruktiven Aufwand und Platzaufwand den Drall der Einlaßströmung in den Brennraum steuern zu können, ist vorgesehen, daß ein die Steuerklappe (10) aufnehmender, an die Einlaßkanäle (4, 5) bzw. Einlaßkanalteile anschließender Gehäuseeinsatz (14) im wesentlichen als dünnwandiger und ebener Rahmen und vorzugsweise als Aluminium-Druckgußteil ausgebildet ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einlaßleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumin
dest zwei in einem Zylinderkopf angeordneten, durch einen gemeinsamen Wandabschnitt
getrennten Einlaßkanälen oder Einlaßkanalteilen pro Zylinder, die sich von einem gemein
samen Einlaßströmungsweg verzweigen, wobei in einem Einlaßleitungsabschnitt im Bereich
der Verzweigung eine Steuerklappe angeordnet ist, welche um eine in einem Endbereich der
Steuerklappe sich befindende Drehachse drehbar ist, und die Steuerklappe in einer Stellung
beide Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalteile freigibt und in einer anderen Stellung einen Einlaß
kanal sperrt, und wobei ein die Steuerklappe aufnehmender Gehäuseteil des Einlaßleitungsab
schnittes als separater, an die Einlaßkanäle anschließender Gehäuseeinsatz ausgeführt ist.
Es sind Zylinderköpfe bekannt, bei welchen eines der Einlaßventile so ausgebildet ist, daß die
Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, daß zumindest ein Einlaßkanal
als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Insbesondere bei
Mager-Ottomotoren ändern sich die Anforderungen an die Einlaßströmung mit dem Betriebs
bereich bzw. mit der Drehzahl. Während bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein Drall,
jedoch optimale Füllung erforderlich ist, ist für niedrige Last jedoch ein leichter Drall er
wünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die
Füllung von geringer Bedeutung.
Aus der EP 0 258 207 A2 ist ein Zylinderkopf für eine zweiventilige Brennkraftmaschine
bekannt geworden, bei welchem der Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufen
den Trennwand versehen ist, welche zwei Einlaßkanalteile ausbildet, die sich im Ventilbe
reich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluß an den
Einlaßkanal, einer der beiden Kanalteile mit einer in einem separaten Teil des Saugrohres
angeordneten Regelklappe verschließbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drall
behaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regelklappe im Durchfluß
geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregelten Kanalteil ergibt die in
diesem Betriebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Vollast die bestmögli
che Füllung des Zylinders erreicht werden, so wird die Klappe vollständig geöffnet und damit
der gesamte Kanalquerschnitt freigegeben. Bei dieser Einströmung ergibt sich eine drallarme
bzw. drallfreie Einströmung. In den die Regelklappe aufnehmenden Saugrohrteil mündet
weiters eine Einspritzdüse zur Kraftstoffeinspritzung in das Saugrohr. Der im wesentlichen
zylindrisch ausgeführte Saugrohrteil wirkt sich nachteilig auf die Abmessungen des Motors
aus und macht zusätzliche Verbindungselemente, wie Schrauben od. dgl., erforderlich.
Die AT 402 326 B zeigt eine Einlaßleitungsanordnung, bei der zwei Einlaßkanäle im An
schlußbereich des Saugrohres knapp nebeneinander münden. Einer der Einlaßkanäle ist mit
einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen und bildet zwei Teilkanäle
aus, die sich im Bereich des Einlaßventiles wieder vereinigen. Der zweite Einlaßkanal und der
diesem zugewendete Teilkanal des ersten Einlaßkanales sind gemeinsam mit einer im An
schlußbereich des Saugrohres angeordneten Steuerklappe regelbar. Dabei werden in der
Schließstellung der Steuerklappe der eine Teilkanal des ersten Einlaßkanales und der zweite
Einlaßkanal gesperrt, wodurch der freibleibende andere Teilkanal im Zylinder eine Drallströ
mung erzeugt. In der Öffnungsstellung der Steuerklappe sind die beiden Einlaßkanäle freige
geben. Dadurch soll ein gleichartiges Verhalten bezüglich Drallerzeugung und Füllung bei
einer Mehrventilanordnung erreicht werden.
Aus der DE 36 19 550 A1 ist ein Zylinderkopf bekannt, bei dem der erste Einlaßkanal als
drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die bei
den Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles
durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal
wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Durch eine im anderen Einlaßkanal angeordnete
Drosselklappe im Zylinderkopf kann die Störung des Dralles gesteuert werden.
Ein ähnlicher Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen und zwei relativ kurzen Einlaßkanälen,
von denen einer drallerzeugend ausgeführt ist, ist aus der EP 0 173 014 A2 bekannt. Dabei
zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlaßkanal eine Bypaßleitung ab und
mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer im Zylinder
kopf angeordneten Regelklappe kann der Durchfluß des nicht drallerzeugenden Kanales und
der Bypaßleitung geregelt werden. Durch diese Anordnung ist in ähnlicher Weise wie bei der
DE 36 19 550 A1 durch Störung des Dralles eine Drallregelung möglich.
Im Zylinderkopf oder im Saugrohr angeordnete Klappen erfordern relativ große konstruktive
Eingriffe. Servicearbeiten in diesem Bereich sind mit eher größerem Montage- und Demonta
geaufwand verbunden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einlaßleitungsan
ordnung der genannten Art derart weiterzubilden, daß mit möglichst geringem konstruktiven
Aufwand und Platzbedarf der Drall für die Einlaßströmung gesteuert werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Gehäuseeinsatz im wesentlichen als
dünnwandiger und ebener Rahmen und vorzugsweise als Aluminium-Druckgußteil ausgebil
det ist. Dadurch werden keine aufwendigen konstruktiven Eingriffe in die Struktur des Zylin
derkopfes erforderlich, sodaß gegebenenfalls auch konventionelle Zylinderköpfe nachträglich
mit dem die Steuerklappe aufweisenden Gehäuseeinsatz ausgerüstet werden können. Der Ge
häuseeinsatz wird somit zwischen Saugrohr und einem entsprechenden Einlaßflansch des Zy
linderkopfes eingesetzt.
Einer fertigungstechnisch sehr einfachen und montagefreundlichen Ausführungsvariante der
Erfindung ist vorgesehen, daß die Gehäuseeinsätze mehrerer Zylinder miteinander verbunden,
vorzugsweise einstückig ausgeführt sind. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen
Bauteile auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Um eine möglichst einfache Betätigung der Steuerklappen zu ermögliche, kann weiters vor
gesehen sein, daß die Drehachsen der Steuerklappen mehrerer Zylinder in einer Ebene ange
ordnet sind und die Betätigung der Steuerklappen über einen Hebelmechanismus durch eine
Unterdruckdose in Abhängigkeit des Ansaugdruckes erfolgt. Eine Steuerklappe über eine
Unterdruckdose durch den Ansaugdruck zu betätigen, ist beispielsweise aus der EP 0 173 014 A2
bekannt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehachse der Steuerklappe in
der Längsmittelebene, vorzugsweise unmittelbar vor der Verzweigung angeordnet ist, so daß
in einer Endstellung der Steuerklappe der eine, vorzugsweise als Tangentialkanal ausgebildete
Einlaßkanal bzw. Einlaßkanalteil, und in der anderen Endstellung der Steuerklappe der an
dere, vorzugsweise als Spiralkanal ausgebildete Einlaßkanal bzw. Einlaßkanalteil gesperrt ist,
und in einer Mittelstellung der Steuerklappe beide Einlaßkanäle bzw. Einlaßkanalteile etwa zu
gleichen Teilen freigegeben sind. Dadurch kann auf einfache Weise der Drall im Brennraum
gesteuert werden, indem wahlweise zwischen den beiden Einlaßkanälen bzw. Einlaßkanaltei
len umgeschaltet wird.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuer
klappe zumindest teilweise ein im wesentlichen keilförmig bzw. tropfenförmig in Strö
mungsrichtung erweiterndes Strömungsprofil aufweist, das vorzugsweise symmetrisch zu
einer Klappenlängsebene ausgebildet ist, wobei die Strömungsleitflächen der Steuerklappe in
der Mittelstellung der Steuerklappe weitgehend verlaufend zu den Wänden des gemeinsamen
Wandabschnittes ausgebildet sind. In der Mittelstellung der Steuerklappe wird somit eine
möglichst verlustarme Füllung des Zylinders ermöglicht. Dies wird noch dadurch begünstigt,
daß die Steuerklappe und der die Steuerklappe aufnehmende Einlaßleitungsabschnitt als
vorzugsweise im wesentlichen symmetrischer Strömungsteiler ausgeführt ist. Die Steuer
klappe der erfindungsgemäßen Einlaßleitungsanordnung kann jede beliebige Zwischenstel
lung einnehmen und somit stufenlos zwischen Tangential- und Spiralkanal umschalten bzw.
entsprechende Kombinationen von Tangential- und Spiralströmungen erzielen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einlaßleitungsanordnung in einer Ausführung im Schnitt,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Einlaßleitungsanordnung für mehrere Zylinder im Schnitt
gemäß der Linie II-II in Fig. 3,
Fig. 3 den Einlaßleitungsabschnitt aus Fig. 2 gemäß der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 den Einlaßleitungsabschnitt aus Fig. 2 im Schnitt gemäß der Linie IV-IV in
Fig. 2,
Fig. 5 den Einlaßleitungsabschnitt mit Betätigungseinrichtung der Steuerklappe gemäß
der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 den Gehäuseeinsatz in einer Explosionsdarstellung und
Fig. 7 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Einlaßleitungsanordnung.
Eine Brennkraftmaschine weist pro Zylinder 1b zwei in einem Zylinderkopf 1 angeordnete
Einlaßventile 2, 3 auf, wobei zu jedem der beiden Einlaßventile 2, 3 ein Einlaßkanal 4, 5
führt, von denen der eine Einlaßkanal 4 als Tangentialkanal und der andere Einlaßkanal 5 als
Spiralkanal ausgebildet ist. Die beiden Einlaßkanäle 4, 5 sind von einem gemeinsamen
Wandabschnitt 6 voneinander getrennt und gehen von einem gemeinsamen Einlaßströ
mungsweg 7 aus. Sie liegen an unterschiedlichen Seiten der verlängerten Längsmittelebene 7c
des Einlaßströmungsweges 7. Am Ende des gemeinsamen Einlaßströmungsweges 7 ist ein
Einlaßleitungsabschnitt 8 mit einer Verzweigung 9 ausgebildet.
Im Bereich der Verzweigung 9 ist eine als Steuerklappe 10 ausgebildete Drallsteuereinrich
tung angeordnet, welche um eine in einem Endbereich 11 der Steuerklappe 10 liegende Dreh
achse 12 drehbar in einem Gehäuseteil 13 des Einlaßleitungsabschnittes 8 gelagert ist. Der
Gehäuseteil 13 ist als separater, an die Einlaßkanäle 4, 5 anschließender Gehäuseeinsatz 14
ausgeführt, welcher zwischen einem Flansch 7a des durch ein Saugrohr gebildeten Einlaß
strömungsweges 7 und einem entsprechenden Einlaßflansch 1a des Zylinderkopfes 1 einge
setzt ist. Der Gehäuseeinsatz 14 ist im wesentlichen als dünnwandiger, ebener Rahmen ausge
bildet und kann beispielsweise als Aluminiumdruckgußteil hergestellt sein.
In aus der in Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsvariante bildet ein einziger Gehäuseeinsatz 14
die Gehäuseteile 13 mehrerer Zylinder 1b aus. Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, weist
die Steuerklappe 10 ein im wesentlichen keilförmiges bzw. tropfenförmiges Strömungsprofil
aus, welches sich in Strömungsrichtung erweitert. Die Strömungsleitflächen 10a, 10b der
Steuerklappe 10 sind dabei weitgehend verlaufend zu den Wänden 6a, 6b des gemeinsamen
Wandabschnittes 6 der Einlaßkanäle 4, 5 und symmetrisch zu einer Klappenlängsebene 10c
ausgebildet, welche die Drehachse 12 beinhaltet. Dadurch weist die Drosselklappe 10 in ihrer
in Fig. 1 und 2 gezeigten Mittelstellung einen minimalen Strömungswiderstand auf. In der
Mittelstellung liegt die Klappenlängsebene 10c im Bereich der Längsmittelebene 7c des Ein
laßströmungsweges 7.
Wie in den Fig. 3 bis 6 ersichtlich ist, ist jede Steuerklappe 10 über eine im Gehäuseeinsatz 14
gelagerte Welle 15 und einen einen Hebelarm bildenden Zwischenteil 16 mit einer Betäti
gungsstange 17 verbunden, an welcher über einen Zwischenteil 18 eine im Gehäuseeinsatz 14
gelagerte Betätigungswelle 19 angreift. An der Betätigungswelle 19 ist ein Hebel 20 befestigt,
welcher durch eine in Fig. 7 ersichtliche Unterdruckdose 21 in Abhängigkeit des An
saugdruckes im Einlaßströmungsweg 7 betätigt wird. Mit Bezugszeichen 22 ist ein Dich
tungselement der Welle 15 und mit Bezugszeichen 23 sind Dichtungselemente zwischen den
Einlaßströmungsweg 7 und dem Gehäuseeinsatz 14 bezeichnet. Zur Lagerung der Wellen 15
und der Betätigungswelle 19 weist der Gehäuseeinsatz 14 entsprechende Butzen 24 und 25
auf.
Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Einlaßströmungswege 7 durch
ein Einlaßröhrenwerk 26 für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gebildet. Dabei ist je
weils für vier Zylinder ein Gehäuseeinsatz 14 einteilig ausgeführt, wobei die vier Steuerklap
pen 10 je eines Gehäuseeinsatzes 14 durch eine Unterdruckdose 21 in Abhängigkeit des An
saugdruckes gesteuert werden.
Claims (6)
1. Einlaßleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in einem
Zylinderkopf (1) angeordneten, durch einen gemeinsamen Wandabschnitt (6) getrennten
Einlaßkanälen (4, 5) oder Einlaßkanalteilen pro Zylinder (1b), die sich von einem ge
meinsamen Einlaßströmungsweg (7) verzweigen, wobei in einem Einlaßleitungsab
schnitt (8) im Bereich der Verzweigung (9) eine Steuerklappe (10) angeordnet ist, wel
che um eine in einem Endbereich (11) der Steuerklappe (10) sich befindende Drehachse
(12) drehbar ist, und die Steuerklappe (10) in einer Stellung beide Einlaßkanäle (4, 5)
bzw. Einlaßkanalteile freigibt und in einer anderen Stellung einen Einlaßkanal (4, 5)
bzw. Einlaßkanalteil sperrt, und wobei ein die Steuerklappe (10) aufnehmender Gehäu
seteil (13) des Einlaßleitungsabschnittes (8) als separater, an die Einlaßkanäle (4, 5) bzw.
Einlaßkanalteile anschließender Gehäuseeinsatz (14) ausgeführt ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Gehäuseeinsatz (14) im wesentlichen als dünnwandiger und ebener
Rahmen und vorzugsweise als Aluminium- Druckgußteil ausgebildet ist.
2. Einlaßleitungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäu
seeinsätze (14) mehrerer Zylinder (1b) miteinander verbunden, vorzugsweise einstückig
ausgeführt sind.
3. Einlaßleitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehachsen (12) der Steuerklappen (10) mehrerer Zylinder (1b) in einer Ebene (12a) an
geordnet sind und die Betätigung der Steuerklappen (10) in an sich bekannter Weise
über einen Hebelmechanismus (15, 16, 17, 18, 19, 20) durch eine Unterdruckdose (21) in
Abhängigkeit des Ansaugdruckes erfolgt.
4. Einlaßleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einlaßkanäle (4,
5) bzw. Einlaßkanalteile zumindest teilweise an unterschiedlichen Seiten einer Längs
mittelebene (7c) des Einlaßströmungsweges (7) angeordnet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drehachse (12) der Steuerklappe (10) in der Längsmittelebene (7c),
vorzugsweise unmittelbar vor der Verzweigung (9) angeordnet ist, so daß in einer
Endstellung der Steuerklappe (10) der eine, vorzugsweise als Tangentialkanal ausge
bildete Einlaßkanal (4) oder Einlaßkanalteil und in der anderen Endstellung der Steuer
klappe (10) der andere, vorzugsweise als Spiralkanal ausgebildete Einlaßkanal (5) oder
Einlaßkanalteil gesperrt ist, und in einer Mittelstellung der Steuerklappe (10) beide
Einlaßkanäle (4, 5) etwa zu gleichen Teilen freigegeben sind.
5. Einlaßleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerklappe (10) zumindest teilweise ein im wesentlichen sich keilförmig bzw.
tropfenförmig in Strömungsrichtung erweiterndes Strömungsprofil aufweist, das vor
zugsweise symmetrisch zu einer Klappenlängsebene (10c) ausgebildet ist, wobei die
Strömungsleitflächen (10a, 10b) der Steuerklappe (10) in der Mittelstellung der Steu
erklappe (10) weitgehend verlaufend zu den Wänden (6a, 6b) des gemeinsamen
Wandabschnittes (6) der Einlaßkanäle (4, 5) ausgebildet sind.
6. Einlaßleitungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerklappe (10) und der die Steuerklappe (10) aufnehmende Einlaßleitungsab
schnitt (8) als vorzugsweise im wesentlichen symmetrischer Strömungsteiler ausgeführt
ist.
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