DE4006583C2 - Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents

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.

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.