<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Einlassleitungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in einem Zylinderkopf angeordneten, durch einen gemeinsamen Wandabschnitt getrennten Einlasskanälen oder Einlasskanalteilen pro Zylinder, die sich von einem gemeinsamen Einlassströmungsweg verzweigen und zumindest teilweise an unterschiedlichen Seiten Längsmittelebene des Einlassströmungsweges angeordnet sind, und 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 Einlasskanal bzw. Einlasskanalteil sperrt.
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 Betriebsbereich 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 erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von geringer Bedeutung.
Die AT 402 326 B zeigt eine Einlassleitungsanordnung, bei der zwei Einlasskanäle im Anschlussbereich 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 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 Drallströmung erzeugt. In der Öffnungsstellung der Steuerklappe sind die beiden Einlasskanäle freigegeben.
Dadurch soll ein gleichartiges Verhalten bezüglich Drallerzeugung und Füllung bei einer Mehrventilanordnung erreicht werden. Ein wahlweises Umschalten zwischen den beiden Einlasskanälen ist allerdings nicht möglich.
Aus der DE 36 19 550 Al ist ein Zylinderkopf bekannt, bei dem der erste Einlasskanal als drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die beiden Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Nachteilig ist dabei allerdings, dass im drallosen bzw. drallgestörten Fall der Durchfluss nicht optimal ist.
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
<Desc/Clms Page number 2>
zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlasskanal eine Bypassleitung ab und mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer 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 AI durch Störung des Dralles eine Drallregelung möglich.
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 verlaufenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluss an den Einlasskanal, einer der beiden Kanalteil mit einer Regelklappe verschliessbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete 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 bestmögliche 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.
Die auf Drallzerstörung beruhenden Drallregelsysteme haben den Nachteil, dass im gestörten Fall starke Turbulenzen und Durchflussbeeinträchtigungen auftreten und dass relativ aufwendige konstruktive Massnahmen erforderlich sind. Ausserdem ist die kontinuierliche Regelung und die Einstellung eines bestimmten Drallwertes zwischen den beiden Drallextrema (kein Drall, voller Drall) schwierig.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einlassleitungsanordnung der genannten Art derart weiterzubilden, dass auf möglichst einfache Weise der Drall für die Einlassströmung in einem weiten Bereich gesteuert werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, 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 andere, 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.
Einlasskanalteilen umgeschaltet wird.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerklappe zumindest teilweise ein im wesentlichen keilförmig bzw. tropfenförmig in Strömungsrichtung 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
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
dass die Steuerklappe und der die Steuerklappe aufnehmende Einlassleitungsabschnitt als vorzugsweise im wesentlichen symmetrischer Strömungsteiler ausgeführt ist.
Die Steuerklappe der erfindungsgemässen Einlassleitungsanordnung kann jede beliebige Zwischenstellung einnehmen und somit stufenlos zwischen Tangential- und Spiralkanal umschalten bzw. entsprechende Kombinationen von Tangential- und Spiralströmungen erzielen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein die Steuerklappe aufnehmender Gehäuseteil des Einlassleitungsabschnittes als separater, an die Einlasskanäle bzw. Einlasskanalteile anschliessender Gehäuseeinsatz ausgeführt ist. Dadurch werden keine aufwendigen konstruktiven Eingriffe in die Struktur des Zylinderkopfes erforderlich, sodass gegebenenfalls auch konventionelle Zylinderköpfe nachträglich mit dem die Steuerklappe aufweisenden Gehäuseeinsatz ausgerüstet werden können. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Gehäuseeinsatz im wesentlichen als dünnwandiger und ebener Rahmen und vorzugsweise als Aluminium-Druckgussteil ausgebildet ist. Der Gehäuseeinsatz wird somit zwischen Saugrohr und einem entsprechenden Einlassflansch des Zylinderkopfes 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 vorgesehen sein, dass die Drehachsen der Steuerklappen mehrerer Zylinder in einer Ebene angeordnet 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.
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 11-11 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 1 b 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
<Desc/Clms Page number 4>
Spiralkanal ausgebildet ist. Die beiden Ei. asskdnäl & 4, 5 sind von einem gemeinsamen Wandabschnitt 6 voneinander getrennt und gehen von einem gemeinsamen Einlassströmungsweg 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 Drallsteuereinrichtung angeordnet, welche um eine in einem Endbereich 11 der Steuerklappe 10 liegende Drehachse 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 Einlassströmungsweges 7 und einem entsprechenden Einlassflansch la des Zylinderkopfes 1 eingesetzt ist. Der Gehäuseeinsatz 14 ist im wesentlichen als dünnwandiger, ebener Rahmen ausgebildet und kann beispielsweise als Aluminium-Druckgussteil hergestellt sein.
In aus der in Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsvariante bildet ein einziger Gehäuseeinsatz 14 die Gehäuseteile 13 mehrerer Zylinder 1 b aus. Wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, weist die Steuerklappe 10 ein im wesentlichen keilförmiges bzw. tropfenförmige Strömungsprofil aus, welches sich in Strömungsrichtung erweitert. Die Strömungsleitflächen 10a, lOb 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 lOc 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 Einlassströmungsweges 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 Betätigungsstange 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 Ansaugdruckes im Einlassströmungsweg 7 betätigt wird. Mit Bezugszeichen 22 ist ein Dichtungselement 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 jeweils für vier Zylinder ein Gehäuseeinsatz 14 einteilig ausgeführt, wobei die vier Steuerklappen 10 je eines Gehäuseeinsatzes 14 durch eine Unterdruckdose 21 in Abhängigkeit des Ansaugdruckes gesteuert werden.