DE19919533A1 - Einlassleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Einlassleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine

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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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