DE4006583C2 - Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
DieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche
Dieselbrennkraftmaschine ist aus der DE-AN D 10 306 bekannt.
Bei dieser bekannten Brennkraftmaschine ist ein Einlaßventil
mit spiralförmigen Rippen oder Schaufeln vorgesehen, mit dessen
Hilfe eine intensive Luftverwirbelung im Brennraum des Diesel
motors erzielt wird.
Ferner ist aus der DE 31 22 603 A1 ein Ventil für eine Brenn
kraftmaschine bekannt, bei welchem das Ventilspiel verkleinert
und die Wärmebelastbarkeit des Ventils erhöht ist, wobei der
Ventilkörper aus keramischem Werkstoff gefestigt ist.
Ferner ist aus der US-PS 4,300,494 eine Otto-Brennkraftmaschine
bekannt, bei welcher der die Einlaßöffnung des Brennraumes um
gebende Bereich mit einem wärmeisolierenden, polyphenylsulfid
haltigen Material beschichtet ist.
Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der vorliegenden Er
findung die Aufgabe zugrunde, eine Dieselbrennkraftmaschine zu schaf
fen, welche ein verbessertes Kaltstartverhalten und einen ver
besserten Wirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des An
spruchs 1 gelöst.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt
ergibt sich in erster Linie daraus, daß als Folge der thermisch
isolierenden Verkleidung des Ansaugkanals der angesaugten Luft
weniger Wärme entzogen wird, wenn die Maschine im kalten Zu
stand läuft, so daß sich das Kaltstartverhalten des
Dieselmotors erheblich verbessert.
Ferner wird durch die erfindungsgemäß ausgebildete thermische
Isolierung verhindert, daß der angesaugten Luft bei warmem Mo
tor zuviel Wärme zugeführt wird, wodurch die Dichte der Luft
abnehmen und sich der thermische Wirkungsgrad verschlechtern
würde.
Bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer
Ansauganordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer
keramischen Ansaugkanalauskleidung bzw. -hülse nach dem
ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, die die
Anordnung von eine Wirbelströmung induzierenden
Kanalvorsprüngen oder Flügeln zeigt, die auf dem
Ventilkopf des Ansaugventiles nach der vorliegenden
Erfindung ausgebildet sind,
Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung eines Ansaugkanales
und eines Ventiles nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die die Art und Weise zeigt,
in der die Wirbelströmung erzeugt wird,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines Teiles eines
Zylinderkopfes, der mit einer Ansaugkanalanordnung nach
dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen
ist,
Fig. 6 eine Längschnittdarstellung eines Ansaugkanales
und Ventiles nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, und
Fig. 7 eine schematische Draufsicht eines Ansaugkanales
nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, wobei der Ansaugkanal kegelförmig verläuft.
Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf A eines Dieselmotors mit
Kraftstoff-Direkteinspritzung nach dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Anordnung
führt ein Luftansaugkanal 1 zu einer Ansaugöffnung 11,
durch die die angesaugte Luft 12 in eine
Verbrennungskammer 50 gesaugt wird. Die
Verbrennungskammer ist in herkömmlicher Weise innerhalb
eines Motorzylinders 610 durch einen hin- und
herbeweglichen Kolben 51 begrenzt.
Ein Ansaugventil 2 mit einem Ventilschaft 22 und einem
Ventilrand 21 ist am stromabseitigen Ende des
Luftansaugkanales 1 ausgebildet und wird entlang seiner
Achse hin- und herbewegt, so daß es wahlweise den
Luftansaugkanal bzw. die Luftansaugöffnung 11 öffnet und
schließt und den Zutritt von Luft in die
Verbrennungskammer 50 steuert.
Der Zylinderkopf A ist mit einem Motorblock 600
verschraubt, in dem der Kolben 51 hin- und hergehend
angeordnet ist. Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, ist ein
Abgaskanal 3, durch den die Abgase abgeführt werden,
benachbart zu dem Luftansaugkanal 1 ausgebildet. Eine
Kraftstoffeinspritzeinrichtung 52 ist angeordnet, um
Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer 50
einzuspritzen. Bekanntlich gibt es eine Anzahl
von unterschiedlichen Techniken, mit deren Hilfe
Kraftstoff direkt eingespritzt werden kann. Da die Art
und Weise, in der die Einspritzung durchgeführt wird,
keinen unmittelbaren Bezug zur vorliegenden Erfindung
hat, ist die vorliegende Angabe nicht weiter
spezifiziert und es ist nicht beabsichtigt, den
Erfindungsgegenstand auf eine spezielle Einspritztechnik
zu begrenzen.
Eine Luftansaugkanal-Auskleidungshülse 1a (Fig. 1) aus einem
Keramikmaterial, das einen großen Anteil von
Titanaluminium (Al₂TiO₅) enthält, ist bereitgestellt und
während des Gießvorganges in die Zylinderkopfanordnung
13 eingebettet worden.
Die Mittellinie des Ansaugkanales 1 liegt im
wesentlichen in einer Ebene, welche die Achse des
Ventilschaftes 22 enthält. Der
Luftansaugkanal 1 besitzt, wie aus den Fig. 1 und 4
ersichtlich, eine einfach gekrümmte bzw. gebogene
Konfiguration und hat eine glatte Oberfläche, um eine
laminare Strömung zu unterstützen.
Eine Ventilschaft-Aufnahmebohrung 14 (Fig. 2) ist in der
Luftansaugkanal-Auskleidung 1a ausgebildet, um die hin- und
hergehende Bewegung des Ventilschaftes in dieser zu
ermöglichen.
Der Luftansaugkanal 1 ist so ausgebildet, daß er die
angesaugte Luft 12 mit sehr geringer Ablenkung in die
Verbrennungskammer 50 leitet.
Das Ansaugventil 2 besteht aus einem Keramikmaterial,
das einen großen Prozentsatz an Silizium und Stickstoff
enthält. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist der Ventilrand
21 mit einer Mehrzahl von schraubenförmigen bzw.
spiraligen Flanschen oder Strömungsablenkungsrippen 23
versehen. Die schraubenförmig verlaufenden
Strömungsablenkungsrippen 23 dienen dazu, die angesaugte
Luft 12 von dem Luftansaugkanal 1 zu führen und selbige
in eine Wirbelströmung 15 zu überführen. Das
Ansaugventil 2 ist betrieblich mit einer Ventilfeder 24
und einem Ventiltrieb (nicht gezeigt) verbunden, durch den
es wahlweise entgegen der Vorspannung durch die Feder 24
geöffnet wird.
Da die Innenoberfläche der Luftansaugkanal-Auskleidung
1a glatt ist und ihre Krümmung verhältnismäßig
allmählich verläuft, wird der Strömungswiderstand, der
auf die angesaugte Luft 12 einwirkt, vermindert.
Infolge der äußerst einfachen Gestaltung der
Auskleidungshülse 1a für den Luftansaugkanal 1 kann die
Auskleidung 1a auch während des Gießprozesses für den
Zylinderkopf in die Zylinderkopfanordnung 13 eingebettet
werden.
Infolge der isolierenden Natur des Keramikmateriales
(Al₂TiO₅), aus der die
Luftansaugkanal-Auskleidungshülse 1a gebildet ist, wird
die Neigung zum Übergang von Wärme in dem
Hauptkörperteil des Zylinderkopfes sowohl auf die
angesaugte Luft 12 als auch umgekehrt stark vermindert.
Wenn daher die angesaugte Luft 12 vorgewärmt wird, um
das Kaltstartvermögen zu unterstützen, wird
verhältnismäßig wenig Wärme an die Wandungen der
Luftansaugkanal-Auskleidung 1a auf dem Wege zu der
Verbrennungskammer 50 verloren und wenn einmal der
Hauptkörper des Zylinderkopfes 13 heiß geworden ist,
wird nur wenig Wärme auf die angesaugte Luft 12
übertragen. Da die angesaugte Luft verhältnismäßig kühl
bleibt, selbst dann, wenn der Motor vollständig
aufgewärmt ist, bleibt daher die Aufladungskapazität und
-effizienz sowie die Zylinderkompression hoch.
Da die Wirbelströmung 15 durch die spiralig- bzw.
schraubenförmig sich erstreckenden Strömungsablenkrippen
23 verursacht wird, die direkt an dem Ventilrand 21 bzw. der
Ventilkopfoberseite ausgebildet sind, kann die
Rotationsgeschwindigkeit der Strömung entsprechend den
Anforderungen an den jeweiligen speziellen Motor durch
Auswahl der Anzahl, der Größe und der Krümmung der
schraubenförmigen Strömungsablenkrippen 23 eingestellt
werden. Es wird auch möglich, die verwirbelnde
Ansaugströmung 15 eines Motors durch Ersetzen des
Ansaugventiles 2 durch ein anderes Ansaugventil, das verschieden
angeordnete Rippen aufweist, zu ersetzen.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, das in Fig. 6 dargestellt ist, weist der
Zylinderkopf B des Dieselmotors mit
Kraftstoff-Direkteinspritzung eine Luftansaugkanal-
Auskleidungshülse 1b auf, die aus einem verhältnismäßig
dünnwandigen Rohr aus einer Metallegierung gemäß Japanischer Norm SUS be
steht. Das SUS-Material, aus dem die Luftansaugkanal-Auskleidung 1b
gebildet ist, hat einen sehr niedrigen Wärmeübergangs
kennwert und führt zu einer niedrigen Wärmeübergangs
geschwindigkeit.
Ein isolierender Luftraum oder Hohlraum 16 wird durch
eine Ausnehmung gebildet, die in der Wandung des
Ansaugkanales 1 gebildet ist und die durch eine
Ansaugkanal-Auskleidung 1b abgeschlossen ist. Dieser
isolierende Hohlraum 16 dient dazu, die Luftansaugkanal-
Auskleidung 1b vom Hauptkörper des Zylinderkopfes B zu
isolieren und so den Wärmeaustausch zwischen der
angesaugten Luft 12 und dem Zylinderkopf zu dämpfen.
Im Vergleich mit dem Zylinderkopf A des Dieselmotors mit
direkter Kraftstoff-Einspritzung nach dem ersten
Ausführungsbeispiel ist der Zylinderkopf B nach dem
zweiten Ausführungsbeispiel geringfügig schwerer, da die
Luftansaugkanal-Auskleidungshülse 1b aus Metall besteht.
Andererseits ist, da die Luftansaugkanal-Auskleidungs
hülse 1b aus Metall besteht, der Gießprozeß beträchtlich
leichter als bei dem Motorzylinderkopf A nach dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung erläutert.
In Fig. 7 ist eine alternative Konfiguration und
Gestaltung des Ansaugkanales gezeigt. Bei dieser
Anordnung ist die Luftansaugkanal-Hülse 1c im
wesentlichen identisch mit derjenigen Auskleidung 1a
nach dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme,
daß sie hier geringfügig konisch verläuft.
Claims (3)
1. Dieselbrennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf, in dem
ein leicht gekrümmter Ansaugkanal (1), welcher zum Brenn
raum der Brennkraftmaschine führt, vorgesehen ist, und mit
einem Einlaßventil (2), welches in Achsrichtung hin- und
herbewegbar ist und eine Vielzahl von Strömungsablenkungs
rippen (23) aufweist, welche die angesaugte Luft derart
ablenken, daß sich eine Wirbelströmung bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine thermisch isolierende Keramik- oder Metallver kleidung (1a, 1b) für den Ansaugkanal (1) vorgesehen ist, welche den gesamten Ansaugkanal entlang seines Innenum fangs auskleidet, als Hülse gestaltet und in den Zylinder kopf eingegossen ist und
daß das Einlaßventil aus einem keramischen Material gefer tigt ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß eine thermisch isolierende Keramik- oder Metallver kleidung (1a, 1b) für den Ansaugkanal (1) vorgesehen ist, welche den gesamten Ansaugkanal entlang seines Innenum fangs auskleidet, als Hülse gestaltet und in den Zylinder kopf eingegossen ist und
daß das Einlaßventil aus einem keramischen Material gefer tigt ist.
2. Dieselbrennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß wärmeisolierende Lufträume (16) zwischen
der Verkleidung (1b) und der Wand des Ansaugkanals (1)
vorgesehen sind.
3. Dieselbrennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verkleidung aus Al₂TiO₅ besteht.
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1990
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- 1990-03-02 DE DE4006583A patent/DE4006583C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH02115924U (de) | 1990-09-17 |
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