DE2857252A1 - Inlet air passage for an engine - Google Patents

Description

Lufteinlaßkanal für einen Motor. Technisches Gebiet.

Die Erfindung bezieht sich auf eine spezielle Wandausbildung für einen Lufteinlaßkanal (Ansaugleitung) für das Einführen von Luft in einen Verbrennungsmotor, und zwar hauptsächlich bei einem solchen der Diesel-Bauart mit direkter Einspritzung. Die spezielle Wandausbildung, welche den erfindungsgemäßen Kanal bildet, sieht eine große Wirbel- oder Drallgröße vor, einen ausgezeichneten Strömungskoeffizienten und in einigen Fällen Mittel zur Steuerung der Drallgröße zur Optimierung des Motorwirkungsgrads bei verschiedenen Betriebsbedingungen.

Stand der Technik.

Es ist bekannt, Schaufeln oder Drällvorrichtungen innerhalb des Lufteinlaßkanals von Verbrennungsmotoren vorzusehen, um in der durch die Ventile solcher Motoren laufenden Luft Drallbewegungen zu erzeugen. Bei einem derartigen System erzeugen die Kanalwände den Hauptdrall, während eine Schaufel dem Drall entgegenwirkt und einen Teil der durch das Ventil laufenden Luft zurück in die Zylinderbohrung einführt, und zwar in einer Richtung entgegengesetzt zum Hauptteil der durch das Ventil in die Zylinderbohrung laufenden Luft. Dies erzeugt Turbulenz, verschwendet aber Energie, da die Luft zuerst in einer Richtung eingeführt werden muß und ein Teil gestoppt und in die entgegengesetzte Richtung umgelenkt wird. Die Folge davon ist eine bestimmte Größenreduktion des Strömungskoeffizienten in einem solchen Luftsystem. Einlaßkanäle dieser Art wurden konstruiert, die sowohl stationäre als auch einstellbare Schaufeln oder Spoiler verwenden.

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Eine weitere Konstruktion gemäß dem Stand der Technik verwendet eine drehbare Schaufel, die nestartig an der oberen Wand des Einlaßkanals sitzt, wenn der Motor mit normaler Drehzahl läuft, auf welche Weise in diesem Zustand kein Beitrag zum Luftdrall geleistet wird. Wenn der Motor gestartet wird und wenn ein kalter Motor im Leerlauf läuft, so wird die Schaufel aus der oberen Wand des Kanals herauf verdreht und zur Reduzierung oder Eliminierung des Dralls (der Wirbelbewegung) verwendet. Die Schaufel dieser Konstruktion wirkt auch als ein Spoiler, soweit die Luftströmung betroffen ist.

Offenbarung der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung in einer Zylinderanordnung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, der folgendes aufweist: eine zylindrische Bohrung, ein im ganzen kreisförmiges Ventil, welches mit einem Ende der zylindrischen Bohrung zwischen einer Achse und einer Außenbohrungswandung davon in Verbindung steht, wobei das Ventil benachbart und im wesentlichen tangential zu der Außenbohrungswand"verläuft, und einen Ventilschaft aufweist, der sich von dem erwähnten Ende der zylindrischen Bohrung weg erstreckt, und mit einem EinlaJikanal mit einem ersten Teil, der sich von dem Ventil weg erstreckt, und zwar im ganzen parallel zu dem Ventilschaft, und mit einem zweiten Teil im ganzen senkrecht zu dem ersten Teil und sich von der zylindrischen Bohrung wegerstreckend, wobei der Einlaßkanal eine äußere sich im ganzen linear erstreckende Wand im ganzen tangential zu der erwähnten äußeren Bohrungswand benachbart zu dem Ventil und eine Innenwand entgegengesetzt zur Außenwand aufweist. Die erfindungsgemäße' Verbesserung umfaßt eine konkave Oberfläche, die einen Abschnitt der Innenwand bildet, und zwar benachbart zu dem Ventil und zu der erwähnten Außenwand hinweisend. .

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Entsprechend einem weiteren Sinn umfaßt die Verbesserung eine Ausnehmung in der Innenwand beginnend benachbart zur Innenwand und um einen Abstand von dort aus weg fortschreitend; eine Schaufel erstreckt sich von einem ersten Ende davon benachbart zum Ventil zu einem zweiten Ende mit Abstand angeordnet gegenüber dem Ventil, wobei die Schaufel benachbart zur Innenwand und im ganzen innerhalb einer Ausnehmung angeordnet ist; schließlich sind Mittel vorgesehen, um das erwähnte zweite Ende der Schaufel schwenkbar an der Ausnehmung zu befestigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Weitere Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung verständlich; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt eines zu einem Zylinder eines Verbrennungsmotors führenden Einlaßkanal;

Fig. 2 einen Querschnitt eines weiteren Einlaßkanals mit einer darinnen angeordneten einstellbaren Schaufel;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 3, wobei aber hier eine unterschiedliche Geometrie für die Schaufel darge-j stellt ist;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 3, wobei ein unterschied^ liches Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer weiteren Schaufelgeometrie dargestellt ist.

Die beste Art der Ausführung der Erfindung.

Figur 1 zeigt gestrichelt eine Zylinderanordnung 10 eines Verbrennungsmotors. Die Zylinderanordnung weist eine zylindrische Bohrung 12 auf. Ein im ganzen kreisförmiges Ventil 14

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ist vorgesehen und steht mit einem Ende der Zylinderbohrung 12 in Verbindung. Das Ventil 14 steht mit dem Ende der Zylinderbohrung 12 zwischen einer Achse 16 der Zylinderbohrung 12 und einer äußeren Bohrungswand 18 der Zylinde :- bohrung 12 in Verbindung. Das Ventil 14 ist benachbart u id im wesentlichen tangential zur äußeren Bohrungswand 18 angeordnet, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Das Ventil 14 weist einen Schaft 20 auf, der sich vom Ende der Zylinderbohrung 12 weg erstreckt und parallel zur Achse 16 verlaufen kann. Ein Einlaßkanal 22 ist vorgesehen und besitzt einen ersten Teil 24, der sich vom Ventil 14 im ganzen parallel zum Ventilschaft 20 weg erstreckt und ferner einen zweiten Teil 26, der im ganzen senkrecht zum ersten Teil 24 verläuft und sich von der zylindrischen Bohrung 12 weg erstreckt. Der Einlaßkanal 22 besitzt eine Außenwand 28, die sich im ganzen linear und im ganzen tangential zur äußeren Bohrungswand 18 benachbart zum Ventil 14 erstreckt. Der Einlaßkanal 22 besitzt ferner eine Innenwand 30 entgegengesetzt zur äußeren Kanalwand 28. ··,

Bei dem.in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet eine konkave Oberfläche 32 einen Abschnitt der Innenwand 30 benachbart zum Ventil 14, wobei die konkave Oberfläche 32 zur Außenwand 28 hin weist. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 ist es bevorzugt, daß die konkave Oberfläche 32 in wesentlichen einer Oberfläche eines Zylinder entspricht, der eine Achse parallel zur Achse 16 der zylindrischen Bohrung 12 aufweist und ferner einen Krümmungsradius besitzt, der innerhalb eines Bereichs von ungefähr 65 % bis etwa 35 % des Durchmessers der zylindrischen Bohrung 12 fällt. Es ist ferner zweckmäßig, daß eine über die zuvor erwähnte konkave Oberfläche 32 gezogene Sehne 34 im wesentlichen auf den Ventilschaft 20 zielt, so daß ein Abstand von einer Mitte des Ventilschafts 20 zu einer am nächsten gelegenen Verlängerung der Sehne 34 nicht mehr als ungefähr 10 % der Länge eines Durchmessers der zylindrischen Bohrung 12 ist. Wenn diese oben erwähnten

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Parameter bezüglich der konkaven Oberfläche eingehalten werden, so erhält man einen verbesserten Drall innerhalb der zylindrischen Bohrung 12, ohne irgendeine Strömungsverminderung und ohne irgendeine Erhöhung des .Brennstoffverbrauchs.

Speziell unter Bezugnahme auf Fig. 1 sieht man, daß die konkave Oberfläche 32 einen kontinuierlichen Teil der inneren Leitungswand 30 bilden kann. Auf diese Weise werden Verbesserungen erreicht, ohne daß irgendeine Schaufel überhaupt innerhalb des Kanals 22 vorhanden ist.

Figur 2 zeigt nunmehr ein Ausführungsbeispiel wo der Schnitt der Innenwand 30 benachbart zum Ventil 14 eine Schaufel 36 aufweist, die sich von einem ersten Ende 38 derselben aus benachbart zum Ventil 14 zu einem zweiten Ende 40 mit Abstand gegenüber dem Ventil 14 und benachbart zu einer Fortsetzung 4 2 der inraren Wand 30 erstreckt. Mittel sind dabai vorgesehen, um das zweite Ende 40 der Schaufel 36 innerhalb des Kanals 22 schwenkbar zu lagern. Diese Mittel umfassen einen Stift 44, der mit der Schaufel 36 verkeilt oder versplintet ist. Zahnstangenmittel 46 sind zur Verdrehung der Schaufel 36 um deren Schwenkbefestigung herum vorgesehen. Die Zahnstangenmittel 46 sind von üblicher Art und werden verwendet, um die Schaufel 36 bei niedrigen Motordrehzahlen zur Außenwand 28 hin zu verdrehen, und um die Schaufel bei höheren Motordrehzahlen von der Außenward 28 weg zu bewegen.

Mittel sind vorgesehen, um die erwähnten Zahnstangenmittel 46 einzuschränken, um die Position der Schaufel 36 einzustellen, um die Motorleistungsfähigkeit bei sämtlichen Mctorbetriebsbedingungen zu optimieren. Diese Einschränkmittel für die vorliegende Erfindung weisen konventionelle Steuermittel 48 auf, die in konventioneller Weise die MoLordrehzahl feststellen, beispielsweise durch Aufnahme eines elektrischen Signals von einem (nicht gezeigten) Motorregler, wie cies bei 50 dargestellt ist, wobei diese Mittel ferner

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den Brennstoffverbrauch beispielsweise dadurch feststellen, daß ein Signal aufgenommen wird, welches der (nicht gezeigten)" Brennstoffpumpenzahnstangenposition entspricht, wie dies bei 52 dargestellt ist, worauf dann ein Signal repräsentiert durch eine Leitung 56 ausgesandt wird, um die Zahnstangenmittel 46 zu betätigen, die ihrerseits den Stift 44 und somit die Schaufel 36 betätigen. In der Praxis können die Zahnstangenmittel 46 eine Zahnstange 100 aufweisen, die mit einem den Stift 44 drehenden Ritzel 102 kämmt. Die Zahnstange 100 wird durch einen Hydraulikzylinder 104 betätigt. Das Ausfahren und Zusammenziehen des Zylinders 104 wird durch das Signal der Leitung 56 gesteuert, welches ein Ventil 106 verschiebt, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von einer Pumpe 108 selektiv über eine Leitung 110 an ein Stangenende 112 oder über eine Leitung 114 an ein Kopfende 116 des Zylinders 104 zu liefern.

In den speziellen in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen weist der Einlaßkanal 22 eine Ausnehmung 58 auf, und zwar von der Fortsetzung 42 der Innenkanalwand 30 aus zu einer Stelle benachbart zum Ventil 14. Ferner ist sodann das zweite Ende 40 der Schaufel 36 in der zuvor erwähnten Ausnehmung 58 positioniert. Dies schafft einen glatten gesteuerten Fluss von der Fortsetzung 42 der Innenwand 30 und längs der konkaven Oberfläche 32 der Schaufel 36 zum Gebiet des Ventils 14.

Figur 3 zeigt im Schnitt die Schaufel 36 der Fig. 2. Es sei bemerkt, daß im Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 3 die konkave Oberfläche 32 im wesentlichen auf eine Oberfläche eines Zylinders fällt, der eine Achse parallel zur Achse 16 der zylindrischen Bohrung 12 besitzt.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 ist die Schaufel 36 ausgestattet mit und schwenkbar gelagert an

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einem Stift 44 oder dgl., und zwar am Kanal 22. Es wurde jedoch festgestellt, daß es nicht notwendig für die Oberfläche 32 war, im wesentlichen mit der Oberfläche eines Zylinders zusammenzufallen, der eine Achse parallel zur Achse 16 der zylindrischen Bohrung 12 besitzt. Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 gezeigt, kann die Oberfläche der Schaufel 36 oben und unten nach innen gekurvt sein.

In Fig. 5 kann man sehen, daß die Oberfläche 32 der Schaufel 36 auch in Längsrichtung gewellt sein kann. Die Wellungen verlaufen im ganzen parallel zur Schaufel 36 und erstrecken sich vom ersten Ends 38 derselben aus zum zweiten Ende der Schaufel. Die Schaufel kann auch eine andere gewünschte Form besitzen, die eine ziemlich glatte Strömung daran entlang vorsieht und die im ganzen konkav zur Außenwand 28 hin verläuft.

Es wurde festgestellt, daß die Strömung durch den Einlaßkanal 22 nicht versperrt ist, sondern statt dessen nur in der Richtung wieder eingestellt ist. Es wurde ferner festgestellt, daß ein solcher Einlaßkanal 22 die Strömung sogar um bis zu 2 % der Nenn-Drehzahlen verbessern kann und zur Verminderung des Brennstoffsverbrauchs bis zu 3 % dient, was eine bessere Brennstoffmischung infolge höheren Dralls anzeigt. Es wurde ebenfalls eine gewisse Verminderung des Rauchs festgestellt, bei Verwendung eines Einlaßkanals gemäß Fig.1, was eine bessere Verbrennung infolge besseren Dralls anzeigt.

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Claims (12)

Ansprüche

1.1 In einer Zylinderanordnung (10) eines Verbrennungsmotors, der folgendes aμfweist:
eine zylindrische Bohrung (12), ein im ganzen kreisförmiges Ventil (14) in Verbindung mit einem Ende der zylindrischen Bohrung (12) zwischen einer Achse (16) und einer äußeren Bohrungswand (18) davon, wobei das Ventil (14) benachbart und im wesentlichen tangential zu der erwähnten äußeren Bohrungswand (18) angeordnet ist und einen Ventilschaft (20) aufweist, der sich von dem erwähnten Ende der zylindrischen Bohrung (12) weg erstreckt, und mit einem Einlaßkanal (22) mit einem ersten Teil (24), der sich von dem Ventil (14) im ganzen parallel zum Ventilschaft (2o) weg erstreckt, und mit einem zweiten Teil (26), der im ganzen senkrecht zu dem ersten Teil (24) verläuft und sich von der zylindrischen Bohrung (12) weg erstreckt, wobei der Einlaßkanal (22) eine äußere im ganzen linear sich erstreckende Wand (28) im ganzen tangential zur äußeren Böhrungswand (18) benachbart zum Ventil (14) aufweist und ferner eine Innenwand (30) entgegengesetzt zur äußeren Wand (28) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine konkave Oberfläche (32), die einen Abschnitt der Innenwand (3o) bildet, und zwar benachbart zu dem Ventil und zu der erwähnten Außenwand (28) hinweisend.

2. Verbesserung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche (32) im wesentlichen auf einer Oberfläche eines Zylinders (1o) liegt, der eine Achse parallel zu der der Zylinderbohrung (12) besitzt und wobei ein Krümmungsradius der konkaven Oberfläche (32) in einen Bereich von ungefähr 65 % bis ungefähr 35 % eines Durchmessers der zylindrischen Bohrung (12) fällt.

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3. Verbesserung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sehne (34) gezogen über die erwähnte Oberfläche hinweg im wesentlichen auf den erwähnten Ventilschaft (20) zielt, so daß ein Abstand von einer Mitte des Ventilschafts (20) zu einer nächstgelegenen Verlängerung der Sehne nicht mehr als ungefähr als 10 % eines Durchmessers der zylindrischen Bohrung (12) ist.

4. Verbesserung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der inneren Wand (30) benachbart zum Ventil (14) eine Schaufel (36) aufweist, die sich von einem ersten Ende (38) aus benachbart zum Ventil (14) zu einem zweiten Ende (40) mit Abstand gegenüber dem Ventil (14) angeordnet und benachbart zu einer Fortsetzung der inneren Wand (30) erstreckt, und wobei Mittel (44) vorgesehen sind, um das zweite Ende (40) der Schaufel (36) schwenkbar an der Innenwand (30) anzuordnen.

5. Verbesserung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (58) in dem Kanal (22) von der Fortsetzung der inneren Wand (30) zur Nachbarschaft des Ventils (14),i wobei das zweite Ende (40) der Schaufel (36) in der Aus- i nehmung (58) positioniert ist. \

6. Verbesserung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel (100,102) zur Verdrehung der Schaufel (36) um die ' ßchwenkbefestigungsmittel (44) infolge der Motordrehzahl, Wobei die Schaufel (36) zu der Außenwand (28) bei niedrigeren Motordrehzahlen hin verdreht und von der Außenwand ^: (28) weg verdreht wird bei höheren Motordrehzahlen. |

7. Verbesserung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch

Mittel zur Einschränkung (104) der Drehmittel zur Ein- ^! stellung der Drehposition der Schaufel (36), um bei allen Motorbetriebsbedingungen die Motorleistungsfähigkeit zu optimieren.

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8. Verbesserung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Oberfläche (32) im wesentlichen einer Oberfläche eines Zylinders entspricht, der eine Achse parallel zu der der zylindrischen Bohrung (12) aufweist, und wobei ein Krümmungsradius der konkaven Oberfläche (32) in einen Bereich von ungefähr 65 % bis ungefähr 35 % eines Durchmessers der zylindrischen Bohrung fällt.

9. Verbesserung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sehne (34) gezogen über die Oberfläche (32) im wesentlichen auf den Ventilschaft (20) gerichtet ist, so daß ein Abstand von einer Mitte des Ventilschafts (20) zu einer nächst gelegenen Verlängerung der Sehne (34) nicht mehr als ungefähr 10 % eines Durchmessers der zylindrischen Bohrung (12) beträgt.

10. In einer Zylinderanordnung (10) eines Verbrennungsmotors, der eine zylindrische Bohrung (12) aufweist, sowie ein im ganzen kreisförmiges Ventil (14), welches mit einem Ende der zylindrischen Bohrung in Verbindung steht, und zwar zwischen einer Achse und einer äußeren Bohrungswand (18) davon, wobei das Ventil (14) benachbart und im wesentlichen· tangential zur äußeren Bohrungswand (18) angeordnet ist und einen Ventilschaft (20) aufweist, der sich von dem Ende der zylindrischen Bohrung (12) weg erstreckt und mit einem Einlaßkanal (22) mit einem ersten Teil (24) der sich von dem Ventil (14) weg erstreckt, und zwar im ganzen parallel zu dem Ventilschaft (2o) und mit einem zweiten Teil (26) im ganzen senkrecht zu dem ersten Teil (24) und sich von der zylindrischen Bohrung (12) weg erstreckend, wobei der Einlaßkanal (22) eine äußere Bohrungswand (28) benachbart zu dem Ventil (14) sowie eine Innenwand (30) entgegengesetzt zur Außenwand (28) besitzt, gekennzeichnet durch eine Ausnehmung (58) in der Innenwand (30) beginnend benachbart zu dem Ventil (14) und um einen Abstand von dort weg fortschreitend,
eine Schaufel (36), die sich von einem ersten Ende (38)

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derselben aus benachbart zum Ventil (14) zu einem zweiten Ende (46) erstreckt, welches mit Abstand von dem Ventil (14) angeordnet ist und benachbart zu der Innenwand (30) und im ganzen innerhalb der Ausnehmung (58) liegt, und mit Mitteln (44) zur Schwenkbefestigung des zweiten Endes (40) der Schaufel (36) an der Ausnehmung (58).

11. Verbesserung nach Anspruch 10 mit Mitteln (100,102) zur Verdrehung der Schaufel (36) um die Schwenkbefestigungsmittel (44) infolge der Motordrehzahl, wobei die Schaufel

(36) zur äußeren Wand bei niedrigeren Motordrehzahlen hin und bei höheren Drehzahlen von der äußeren Wand weg verdreht wird.

12. Verbesserung nach Anspruch 11 mit Mitteln zum Einschränken (104.) der Drehmittel (100,102) zur Einstellung der Schaufeldrehposition zur Optimierung der Motorleistungsfähigkeit bei sämtlichen Motorbetriebsbedingungen.

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