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Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem eine Drehströmung im Brennraum erzeugenden Einlasskanal und einer im Einlasskanal angeordneten, um eine Drehachse drehbaren Steuerklappe zur Steuerung der Drehströmung, wobei in zumindest einer Klappenstellung die Einlassströmung auf eine erste Kanalseite abgelenkt wird.
Aus der US 5, 551, 392 A ist eine Einlasskanalanordnung bekannt, bei der in einem Einlasskanal eine Steuerklappe zur Steuerung einer Tumble-Strömung angeordnet ist. In der Schliessstellung der Steuerklappe wird die Einlassströmung zur oberen Kanalwand des Einlasskanals abgelenkt, wodurch im Brennraum eine starke Tumble-Strömung erzeugt wird. Die Steuerklappe wird dabei durch eine Leckageöffnung an der Oberseite der Klappe umströmt. Schon bei geringer Öffnung der Drosselklappe kommt es allerdings zu einem zusätzlichen Umströmen der Steuerklappe im Bereich der unteren Kanalwand, wodurch die Tumble-Strömung unterbrochen wird. Durch die abrupt endende Tumble-Strömung wird die Verbrennung im mittleren und oberen Teillastbereich nachteilig beeinflusst und der Kraftstoffverbrauch und die Emissionen erhöht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfach Weise Kraftstoffverbrauch und Emissionen im Teillastbereich zu verbessern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass auf der der ersten Kanalseite gegenüberliegenden zweiten Kanalseite im Bereich der Steuerklappe die Kanalwand des Einlasskanals eine entsprechend der Kontur der Steuerklappe koaxial zur Drehachse geformte Ausbuchtung aufweist. Durch die koaxiale Ausbuchtung an der zweiten Kanalseite wird erreicht, dass nicht nur in der Schliessstellung, sondern auch bei teilweise geöffneter Steuerklappe eine starke Drehströmung im Brennraum erzeugt wird. Bei einer Drehbewegung aus der Schliessstellung heraus fährt dabei der Rand der Steuerklappe die Ausbuchtung entlang, wodurch der Einlasskanal im Bereich der zweiten Kanalseite geschlossen bleibt.
Im Bereich der ersten Kanalseite hingegen wird entsprechend der Stellung der Steuerklappe ein Querschnitt freigegeben, wodurch die Einlassströmung zur ersten Kanalseite abgelenkt wird. Die Ablenkung zur ersten Kanalseite erfolgt somit nicht nur in der Schliessstellung der Steuerklappe, sondern auch in Teilöffnungsstellungen.
Durch die Neigung der Steuerklappe wird zudem die Ablenkung der ersten Kanalseite verstärkt.
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In einer einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Ausbuchtung im Wesentlichen eine sphärische Form aufweist. Die sphärische Form der Ausbuchtung eignet sich besonders für eine Steuerklappe mit kreisrunder Kontur.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehachse der Steuerklappe exzentrisch bezüglich einer Kanalmittellinie angeordnet ist. Diese Ausführung eignet sich besonders für Steuerklappe mit einer mittig angeordneten Drehachse.
Durch eine Trennwand zwischen erster und zweiter Kanalseite stromabwärts der Steuerklappe kann die Drehströmung im Brennraum besonders stark ausgebildet werden. Um einerseits bei Teillast ein starke Drehströmung im Brennraum zu erreichen und andererseits den Durchfluss bei Vollast nicht nachteilig zu beeinflussen, ist vorgesehen, dass der Anfangsbereich der Kanaltrennwand unmittelbar stromabwärts des Klappenrandes der geöffneten Steuerklappe angeordnet ist. Die Steuerklappe kann ungehindert durch die Kanaltrennwand bewegt werden. Dies ermöglicht es, die Steuerklappe nicht nur zur Steuerung der Drehströmung, sondern auch zu Lastregelung einzusetzen. Auf eine weitere Drosselklappe kann somit verzichtet werden.
Eine besonders gute Steuerung der Drehströmung wird erreicht, wenn sich die Trennwand bis in den Bereich des Ventilraumes des Einlasskanals erstreckt.
Ist die Drehströmung eine Tumble-Strömung, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Drehachse der Steuerklappe im Wesentlichen normal auf die Zylinderachse angeordnet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Drehbewegung eine Drallbewegung um die Zylinderachse ist, und dass die Drehachse der Steuerklappe im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse angeordnet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass pro Zylinder zumindest zwei zu jeweils einer Einlassöffnung führende Zweigkanäle von einem gemeinsamen Einlasskanal ausgehen und dass die Steuerklappe stromaufwärts der Verzweigung der Zweigkanäle aus dem Einlasskanal angeordnet ist. Ist die Drehströmung eine Drallströmung, so ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Drehachse der Steuerklappe parallel zu einer die Verzweigung der Zweigkanäle bildenden Kanalzwischenwand angeordnet ist.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einlasskanalanordnung einer Brennkraftmaschine in einem Schnitt durch den Zylinderkopf in einer Ausführungsvariante, Fig. 2 diese Einlasskanalanordnung in einer Draufsicht und Fig. 3 eine erfindungsgemässe Einlasskanalanordnung in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Draufsicht.
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Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine im Zylinderkopf 2 angeordnete Einlasskanalanordnung 1 einer Brennkraftmaschine. Mit Bezugszeichen 3 ist ein in einem Zylinder 4 eines Zylindergehäuses 5 hin-und hergehender Kolben bezeichnet.
Die Einlasskanalanordnung 1 weist pro Zylinder 4 mindestens einen zu einem Brennraum 7 führenden Einlasskanal 6 auf. Im Einlasskanal 6 ist eine Steuerklappe 8 angeordnet, deren Drehachse 9 quer zum Einlasskanal 6 verläuft. Die Steuerklappe 8 lenkt in Zwischenstellungen die Einlassströmung 14 zu einer ersten Kanalseite 10 - im Ausführungsbeispiel die Kanaloberseite - ab. Stromabwärts der Steuerklappe 8 ist im Einlasskanal 6 eine Kanaltrennwand 11 angeordnet, welche den Einlasskanal 6 in einen ersten Teilkanal 12 und einen zweiten Teilkanal 13 aufteilt.
Die durch die Steuerklappe 8 zur ersten Kanalseite 10 abgelenkte Einlassströmung 14 strömt gemäss den Pfeilen den ersten Teilkanal 12 entlang an dem geöffneten Einlassventil 15 vorbei in den Brennraum 7, wo eine ausgeprägte Drehströmung 16 entsteht. Im gezeigten Fall ist die Drehströmung 16 eine Tumble-Strömung, also eine Walzenströmung um eine Achse, weiche normal auf die Zylinderachse 17 verläuft.
Mit Bezugszeichen 18 ist ein in den Einlasskanal 6 einmündendes Kraftstoffein- spritzventil bezeichnet.
Um nicht nur bei geschlossener, sondern auch bei teilgeöffneter Steuerklappe 8 eine ausgeprägte Drehströmung 16 im Brennraum 7 zu generieren, ist im Bereich der der ersten Kanalseite 10 gegenüberliegenden zweiten Kanalseite 19 - im Ausführungsbeispiel die Kanalunterseite - im Bereich der Steuerklappe 8 in die Kanalwand 26 eine Ausbuchtung 20 eingeformt, welche koaxial zur Drehachse 9 der Steuerklappe 8 und entsprechend der Kontur der Steuerklappe 8 gestaltet ist. Bei kreisrunder Form der Steuerklappe 8 ist die Ausbuchtung 20 vorteilhafterweise sphärisch geformt.
Durch die Ausbuchtung 20 wird erreicht, dass der Kappenrand 21 im Bereich der zweiten Kanalseite 19 innerhalb eines Öffnungswinkels a, der beispielsweise 300 oder 450 beträgt, in der Ausbuchtung 20 verläuft, wodurch der Einlasskanal 6 auf der Seite der zweiten Kanalseite 19 innerhalb des Öffnungswinkels ader Steuerklappe 8 geschlossen bleibt. Wird die Steuerklappe 8 über den Öffnungswinkel a hinaus verdreht, so verlässt der Kappenrand 21 die Ausbuchtung 20, wodurch die Einlassströmung 14 nun auch an der zweiten Kanalseite 19 entlang in den zweiten Teilkanal 13 strömen kann.
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In Fig. 1 ist die Steuerklappe 8 in Vollinien mit demjenigen Öffnungswinkel a eingezeichnet, bei dem die Einiassströmung 14 des Einlasskanals 6 noch zur Gänze in den ersten Teilkanal 12 abgelenkt wird. Mit strichlierten Linien ist die Steuerklappe 8 im geschlossenen Zustand dargestellt.
Besitzt die Steuerklappe beidseits der Drehachse 9 etwa gleich grosse Klappenteile 8a und 8b, so ist es günstig, wenn die Drehachse 9 etwas exzentrisch bezüglich der Kanalmittellinie 27, und zwar auf der Seite der Ausbuchtung 20, angeordnet ist. Die Exzentrizität zwischen Drehachse 9 und Kanalmittellinien 27 ist mit Bezugszeichen e bezeichnet.
Die Steuerklappe 8 dient somit nicht nur zur Steuerung der Drehströmung 16, sondern auch zur Steuerung des Durchflusses. Um insbesondere bei Vollast eine verlustfrei Einströmung bei grösstmöglichem Durchfluss zu ermöglichen, ist der Anfangsbereich 22 der Kanaltrennwand 11 unmittelbar stromabwärts des Klappenrandes 21 - bei vollständiger Klappenöffnung betrachtet-angeordnet. Somit wird die Drehbewegung der Steuerklappe 8 nicht durch die Kanaltrennwand 11 behindert. Der Endbereich 23 der Kanaltrennwand 11 befindet sich im Bereich des Ventilraumes 24 des Einlassventils 15.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Einlasssystem 1 als Zwillingseinlasssys-
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Zweigkanäle 6a, 6b und der Steuerklappe 8 angeordnet und spritzt Kraftstoff in beide Zweigkanäle 6a, 6b, und zwar jeweils in den oberen Teilkanal 12, ein.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Einlasssystems 1 mit einem Einlasskanal 6, welcher sich im Bereich einer durch eine Kanalzwischenwand 30 gebildeten Verzweigung 25 in zwei Zweigkanäle 6a, 6b aufspaltet. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 spritzt Kraftstoff über eine Fenster 31 in beide Zweigkanäle 6a, 6b ein. Der eine Zweigkanal 6a ist als Neutralkanal, der andere Zweigkanal 6b als Tangentialkanal ausgeführt. Analog zu der in der Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführung wird in einer Teilöffnungsstellung mit einem Öffnungswinkel a die Einlassströmung 14 auf die erste Kanalseite 10 abgelenkt und in den Zweigkanal 6b geführt, so dass eine Drehströmung 16 um die Zylinderachse 17 (Drallströmung) im Brennraum 7 generiert wird.
Bewegt sich der Kappenrand 21 innerhalb der Ausbuchtung 20, so bleibt der Einlasskanal 6 im Bereich der zweiten Kanalseite 19 geschlossen. Erst nach Überschreiten des Winkels a wird die Steuerklappe 8 auch an der zweiten Kanalseite 19 umströmt.
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In der beschriebenen Weise kann bei Einlasssystemen 1 mit als Einzel- oder Mehrfachkanälen ausgebildeten Einlasskanälen 6 mittels einer einzigen Steuerklappe 8 sowohl die Drehströmung 16, welche eine Tumble-Strömung oder eine Drallströmung um die Zylinderachse 17 sein kann, als auch die Menge der Einlassströmung 14 gesteuert werden.