DE2923606A1

DE2923606A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2923606A1
Application number: DE19792923606
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Iwashita; Yoshihiro Kanome; Masanori Okada; Norimasa Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1979-06-11
Publication date: 1980-03-27
Also published as: US4308830A; JPS6125894B2; JPS5540277A

Description

Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine und speziell auf das Einlaßsystem einer solchen Maschine.

Es ist bekannt, daß man bei einer Brennkraftmaschine die Flammfortpflanzung innerhalb der Brennkammer verbessern kann, wenn man in dem in die Brennkammer eingeführten Gas eine Wirbelbewegung oder Turbulenz hervorruft. Diese Turbulenz steigert die Flammfortpflanzungsgeschwindigkeit, wodurch der Wirkungsgrad der Maschine verbessert, die Klopffestigkeit erhöht und der Schadstoffanteil in den Abgasen verringert werden.

Üblicherweise ist die Ventilöffnung einer Brennkraftmaschine, speziell einer nach dem Otto-Prinzip, so gestaltet, daß sie der in die Brennkammer einfließenden Gasströmung so wenig wie möglich Strömungswiderstand entgegensetzt. Hierdurch wird der volumetrische Wirkungsgrad der Maschine bei hoher Belastung verbessert, so daß sich insgesamt eine gesteigerte Maximalleistung ergibt. Wenn eine solche Brennkraftmaschine bei hoher Belastung betrieben wird, dann ergibt sich trotz des geringen Strömungswiderstandes an der Ventilöffnung eine ausreichend hohe Turbulenz der Gase in der Brennkammer, da das zuströmende Gasvolumen sehr groß ist.

Bei geringer oder mittlerer Belastung ist die Menge der Ansauggase jedoch verhältnismäßig gering, so daß sie bei geringem Strömungswiderstand an der Ventilöffnung in der Brennkammer aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit keine starke Turbulenz hervorrufen können. Daher ist die Verbrennungsgeschwindigkeit zuweilen nicht hoch genug, so daß sich speziell bei Betrieb mit magerem Gemisch oder mit solchem, das einen beachtlichen Anteil rezirkulierter Abgase enthält, keine günstigen Betriebseigenschaften der Maschine ergeben.

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Die vorliegende Erfindung geht von der Vorstellung aus, daß, wenn es gelänge, die Ansauggase durch die Ventilöffnung an

der Seite in die Brennkammer einzuleiten, die entfernt zur Mittenachse des Zylinders liegt, d.h. dicht am Umfang des Zylinders, und zwar speziell bei niedriger oder mittlerer Belastung der Maschine, hierdurch Wirbel und Turbulenzen in der Brennkammer vorteilhaft verstärkt werden könnten und sich dadurch eine vergrößerte Verbrennungsgeschwindigkeit ergäbe.

Ausgehend von diesen Überlegungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine anzugeben, bei der die Ansauggase an der Seite der Einlaßventilöffnung in die Brennkammer eingeleitet werden, die fern deren Mittenachse liegt, und zwar speziell im Falle niedriger oder mittlerer Maschinenbelastung.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Maschine besteht demnach aus einem Zylinder, einem diesen verschließenden Zylinderkopf mit einer Ventilöffnung, die gegenüber der Mittenachse des Zylinders versetzt ist, einem Einlaßkanal, der von einer Wand begrenzt ist und zu der Ventilöffnung führt, e^ner Drosselklappe im Einlaßkanal, die sich zwischen einer ersten Stellung, in der sie den Einlaßkanal im wesentlichen verschließt, und einer zweiten Stellung, in welcher sie einen relativ großen Querschnitt freigibt, verschwenken läßt und die bei Verschwenkung um einen relativ kleinen Betrag aus der ersten Stellung eine Öffnung im Einlaßkanal freigibt, die asymmetrisch versetzt gegen einen speziellen Wandabschnitt

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ist, und einem Leitblech im Einlaßkanal stromabwärts von der Drosselklappe, die das nahe dem genannten speziellen Wandabschnitt strömende Gas gegen denjenigen Teil des Randes der Ventilöffnung leitet, der fern von der Mittenachse des Zylinders liegt.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen Teil einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt in Höhe des Einlaßkanals durch die Maschine nach Fig. Ij

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil des Leitblechs und des Einlaßkanals in Fig. 2 längs der Linie III-III;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Maschine exzentrisch angeordnete Ventilöffnungen aufweist;

Fig. 5 einen Querschnitt in Höhe des Einlaßkanals der Maschine nach Fig. 4;

Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie VI-VI von Fig. 5;

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die sich von den vorangehenden Ausführungsformen noch durch die Art der Drosselklappe unterscheidet;

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Fig. 8 einen Horizontalschnitt in Höhe des Einlaßkanals der Maschine nach Fig. 7, und

Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX von Fig. 8.

Fig. 1 zeigt einen einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine, die mit Leitblechen nach der vorliegenden Erfindung in ihren Einlaßkanälen ausgerüstet ist. Ein Horizontalschnitt durch den Einlaßkänal und die Leitbleche ist in Fig. 2 dargestellt, die zwei einander gleichende Zylinder der Maschine zeigt. In Fig. 3 ist schließlich ein Querschnitt längs der Linie III-III von Fig. 2 gezeigt. Man erkennt einen Zylinderblock 1 mit einer Zylinderbohrung 2, in welcher ein Kolben 3 geführt ist. Ein Zylinderkopf 4 verschließt oben die Zylinderbohrung 2 und begrenzt eine Brennkammer 5 oberhalb des Kolbens 3. Dieser Zylinderkopf 4 weist eine Ventilöffnung 7 auf, die von einem Einlaßventil 6 geöffnet und verschlossen werden kann. Weiterhin ist eine Auslaßventilöffnung 9 vorgesehen, die von einem Auslaßventil 8 geöffnet und verschlossen werden kann. Die Einlaß- und Auslaßventile 7 und 8 werden mit Hilfe einer oben gelagerten Nockenwelle 10 über auf Achsen 11 und 12 gelagerten Kipphebeln 13 und 14 betätigt. Im Zylinderkopf 4 ist weiterhin eine Zündkerze 15 angeordnet.

Die Einlaßventilöffnung 7 öffnet sich, wie Fig. 2 zeigt, an einer Stelle in die Brennkammer 5, die gegenüber der Mittenachse des Zylinders 2 versetzt ist. Zu der Einlaßventilöffnung 7 führt ein Einlaßkanal 17, der an seiner Einlaßöffnung 16 mit dem Einlaßkanal 21 eines Vergasers 20 verbunden ist. In dem Einlaßkanal 17 im Zylinderkopf 4 ist ein Leitblech 18 angeordnet .

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Dieses Leitblech 18 erstreckt sich im wesentlichen von der Einlaßöffnung 16 bis in die Nähe der Ventilöffnung 7. Das Leitblech erstreckt sich quer durch den Einlaßkanal 17 und teilt ihn in zwei Teilkanäle 17a und 17b, die sich, vom Leitblech 18 voneinander getrennt, neben- bzw. übereinander erstrecken. Am, nach Fig. 1, linken Ende verläuft dieses Leitblech 18 im wesentlichen horizontal über die Einlaßöffnung 16 und teilt diese in zwei etwa gleiche Teile, und zwar einen oberen und einen unteren Teil. Auf seiner Länge verschränkt sich das Leitblech 18 allmählich, so daß an seinem in Fig. 1 rechts gelegenen Ende das Ende des Teilkanals 17b, der mit dem unteren Teil der Einlaßöffnung 16 verbunden ist, nahe jenem Umfangsteil der EinlaßventLBffnung 7 liegt, der am weitesten von der Mittenachse des Zylinders entfernt liegt. Die Gestalt des Leitbleches 18 ist ferner so getroffen, daß der Querschnitt des Teilkanals 17b in Richtung auf die Ventilöffnung 7 allmählich abnimmt.

Es ist vorteilhaft, wenn das Leitblech 18 eine Längenausdehnung hat, die 1,5 bis 2,5 mal so groß ist wie der Durchmesser des Einlaßkanals 17. Bei dieser Ausführungsform sollte die vordere Kante des Leitbleches, d.h. jene, die die Einlaßöffnung 16 überspannt, konkav ausgeschnitten sein. Dies hilft bei der Aufteilung des Gasstromes und vermindert Turbulenzen im Einlaßkanal.

Der Einlaßöffnung 16 wird ein vom Vergaser 20 aufbereitetes Luft/Kraftstoffgemisch zugeleitet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Vergaser 20 ein Venturi-Vergaser vom SU-Typ. Dies ist jedoch nicht wesentlich.

Der Vergaser 20 weist ein Gehäuse 22 auf, das einen Einlaßkanal 21 umschließt, der sich quer durch den Vergaser erstreckt. Das Gehäuse 22 ist an die Seite des Zylinderkopfes 4 so angeschlossen,

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daß das eine Ende des Einlaßkanals 21 mit der Einlaßöffnung 16 des Zylinderkopfes verbunden ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, der Vergaser 20 zur Versorgung zweier Zylinder der Maschine vorgesehen, der Einlaßkanal 21 ist im Vergaser daher an seinem dem Zylinderkopf 4 zugekehrten Ende verzweigt, wobei jeweils einer der Zweige mit einer der Einlaßöffnungen 16 verbunden ist.

Das Vergasergehäuse 22 umschließt weiterhin eine Schwimmerkammer 23, in der der Kraftstoff auf wohlbekannte Art auf konstantem Höhenniveau gehalten wird. Dieser Kraftstoff wird in den Einlaßkanal 21 durch eine Düse 24 im Boden des Einlaßkanals 21 angesaugt. Weiterhin lagert das Gehäuse 22 einen Saugkolben 25, der gegenüber der Düsenöffnung 24 angeordnet ist und gegenüber dieser auf und nieder bewegt werden kann, wie Fig. 1 zeigt. Das untere Ende dieses Saugkolbens 25 bildet zusammen mit den Wänden des Einlaßkanals 21 eine Venturi-Öffnung 26. Der Saugkolben 25 verschließt eine Unterdruckkammer 29, die von einer Kappe 27 und einer Membran 28 gebildet wird. Der Saugkolben 25 wird durch den Unterdruck in der Kammer 29 gegen die Kraft einer Druckfeder 30 nach oben gezogen. Diese Unterdruckkammer 29 steht über eine Saugöffnung 31 mit der Venturi-Öffnung 26 in Verbindung. Auf diese Weise wird der Venturi-Druck in die Kammer 29 geleitet. An seinem unteren Ende trägt der Saugkolben 25 am unteren Ende einer Führungsstange 32 eine Düsennadel 33, die in die Düsenöffnung 24 eintaucht und deren freien Querschnitt in Abhängigkeit von der Stellung des Saugkolbens 25 verändert.

Bei dieser Anordnung bewegt sich der Kolben 25 mit steigendem Unterdruck in der Venturi-Öffnung 26 gegen die Kraft der Druckfeder 30 nach oben, wodurch der freie Querschnitt der Venturiöffnung 26 vergrößert und der dort herrschende Unterdruck wieder herabgesetzt wird. Andererseits bewegt sich der Saug-

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kolben 25 aufgrund der Federkraft 30 wieder nach unten und verkleinert die Uenturi-Öffnung 26, wenn der dort herrschende -Unterdruck abnimmt. Auf diese Weise wird an der Venturi-Öffnung 26 ein Unterdruck auf etwa konstantem Niveau gehalten, wobei der wirksame Querschnitt der Venturiöffnung bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen der Maschine proportional der pro Zeiteinheit von der Maschine angesaugten Luftmenge ist. Die Nadel 33 ist so gestaltet, daß sie entsprechend der Öffnung und Schließung der Venturi-Öffnung die Düse 24 im Querschnitt derart verändert, daß sich unabhängig von der angesaugten Luftmenge stets ein gleichmäßiges Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Ansauggemisch ergibt.

Die Ansaugmenge wird durch eine Drosselklappe 35 bestimmt, die stromabwärts von der l/enturi-Öffnung 26 im Einlaßkanal 21 angeordnet ist. V/ie Fig. 2 zeigt, ist für jeden Zylinder der Maschine eine solche Drosselklappe vorgesehen, wobei diese Drosselklappen auf einer gemeinsamen Welle 34 angeordnet sind, die mittels des Gaspedales des Fahrzeugs verschwenkt wird. Es ist für die Wirkung der Leitbleche 18 nach der Erfindung wesentlich, daß diese Drosselklappen 35 derart gestaltet sind, daß, wenn sie leicht geöffnet sind, sie eine Gasströmung ermöglichen, die gegen die eine Seite des Einlaßkanals, d.h. in Fig. 1 die untere Seite, gerichtet ist. Die Öffnung im Einlaßkanal ist, wenn die Drosselklappe 35 relativ wenig gegenüber der Leerlaufstellung verschwenkt ist, asymmetrisch gegen die untere Seite hin versetzt. Gemäß der Erfindung führt diese untere Seite des Einlaßkanals in den Teilkanal 17b des zylinderkopfseitigen Einlaßkanals 17, der die Gase zu jenem Bereich der Einlaßventilöffnung 7 führt, der am weitesten von der Achse des Zylinders 2 entfernt ist.

Das oben beschriebene Einlaßsystem der Brennkraftmaschine arbeitet wie folgt.

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Bei niedriger oder geringer Belastung der Maschine, wenn die Öffnung an der Drosselklappe 35 relativ klein ist, findet die Gasströmung an der Drosselklappe 35 nur einen relativ schmalen Spalt zwischen der Drosselklappe 35 und der unteren Wand des Einlaßkanals 21. Diese Gasströmung fließt daher relativ dicht an der unteren Wand des Einlaßkanals 21 entlang und tritt daher nahezu vollständig in den Teilkanal 17b, kaum aber in den Teilkanal 17a ein. Da der im Teilkanal 17b fließende Gasstrom nicht auseinanderläuft und seine Geschwindigkeit aufgrund des geringen Querschnitts dieses Kanals hoch gehalten wird, und weil weiterhin sich dieser Teilkanal noch gegen die Ventilöffnung 7 hin verengt, wird die Gasgeschwindigkeit sogar allmählich vergrößert. Wenn das Gas dann in die Brennkammer 5 in jenen Bereich der Einlaßventilöffnung 7 eintritt, der am weitesten von der Mittenachse des Zylinders 2 entfernt ist, ergibt sich in der Brennkammer 5 um seine Mittenachse ein starker Wirbel, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. Dies bringt gute l/erbrennungsbedingungen mit sich.

Bei hoher Maschinenbelastung, wenn die Drosseklappe 35 weit geöffnet ist und die Gasströmung nicht mehr gegen einen speziellen Wandabschnitt im Einlaßkanal 21 gerichtet ist, fließen die angesaugten Gase durch beide Teilkanäle 17a und 17b und das Leitblech 18 bildet für sie kein wesentliches Hindernis beim Einströmen in die Brennkammer. Der oben beschriebene Wirbeleffekt, der besonders bei niedriger oder mittlerer Belastung auftritt, ist aber auch jetzt noch in gewissem Ausmaße vorhanden, so daß auch bei hoher Belastung gute Verbrennungsbedingungen in der Brennkammer herrschen.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Auch hier ist im Einlaßkanal des Zylinderkopfes 4 ein Leitblech 18 angeordnet.

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Unterschiedlich gegenüber der ersten Ausführungsform ist, daß die Einlaßventilöffnungen 7 der beiden Zylinder (Fig. 5) voneinander weg gerichtet sind, d.h. daß die Einlaßkanäle bogenförmig voneinander weg gerichtet verlaufen. Die Leitbleche 18 arbeiten aber auch hier in der gleichen Weise wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, d.h. sie teilen den Einlaßkanal 17 in zwei Teilkanäle 17a und 17b, von denen der letztgenannte an einer Stelle in die Ventilöffnung 7 mündet, die fern von der Mittenachse des Zylinders 2 liegt. Dieser Teilkanal 17b beginnt an der Seite des Einlaßkanals 21, gegen die die Gasströmung von der Drosselklappe 35 gerichtet wird, wenn diese nur wenig gegenüber der Leerlaufstellung verschwenkt ist. Auf diese Weise ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform.

Es hat sich herausgestellt, daß das Leitblech 18 eine Länge aufweisen sollte, die ungefähr 1,5 bis 2,5 mal so groß ist wie der Durchmesser des zylinderkopfseitigen Einlaßkanals 17, und daß der Querschnitt des Teilkanals 17b an seinem dem Vergaser zugekehrten Ende etwa 30 % bis 50 la des Gesamtquerschnitts des zylinderkopfseitigen Einlaßkanals 17 und an seinem anderen Ende einen Querschnitt von etwa 15 % bis 40 % des Gesamtquersehnitts des Einlaökanals 17 aufweisen sollte. Das vordere Ende des Leitbleches 18 sollte auch hier, wie Fig. 5 zeigt, aus den schon bei der ersten Ausführungsform erwähnten Gründen konkav gestaltet sein.

Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Auch diese Maschine weist exzentrisch angeordnete Einlaßöffnungen auf, sie unterscheidet sich jedoch von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen dadurch, daß die Drosselklappe 35 schmetterlingsartig ausgeführt bzw. gelagert und dabei so ausgebildet ist, daß sie den Einlaßkanal 21 nur in ihrem oberen Umfangsbereich öffnet, und zwar bei Drossel-

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öffnungen, die geringer sind als eine vorbestimmte Öffnung. Gegenüber dem gegenüberliegenden Randbereich der Drosselklappe ist die untere Wand des Einlaßkanals 21 mit einem sphärischen Wandbereich 22' ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform nimmt daher der obere Teilkanal 17a im Zylinderkopf 4 bei geringen Drosselklappenöffnungen das Luft/Kraftstoffgemisch auf und führt es zu jenem Bereich der Einlaßventilöffnung 7, der am weitesten vom Zentrum des Zylinders 2 entfernt ist. Man sieht hieraus, daß diese Ausführungsform der Erfindung die gleichen Funktionen und Vorteile erfüllt, wie sie den beiden anderen Ausführungsformen innewohnen.

Es sei hervorgehoben, daß bei der dritten Ausführungsform die vordere Kante des Leitbleches 18, die die Einlaßöffnung 16 des Einlaßkanals 17 überspannt, hier nicht konkav, sondern geradlinig verläuft.

Durch die Erfindung erreicht man eine Steigerung der Verbrennungsgeschwindigkeit in der Brennkammer speziell bei geringer Belastung der Maschine, insgesamt eine gesteigerte Leistung, bessere Klopffestigkeit und Herabsetzung der Schadstoffe in den Abgasen.

Es sei betont, daß, obgleich die gezeigten Ausführungsbeispiele Leitbleche aufweisen, die den Einlaßkanal im Zylinderkopf in zwei getrennte Teilkanäle aufteilen, dies nicht unbedingt erforderlich ist. Es genügt auch, wenn die Leitbleche nur einen Teil des zuströmenden Gasgemisches bei kleinen Drosselklappenöffnungen zu jenem Bereich der Einlaßventilöffnung leiten, der am meisten von der Mittenachse des Zylinders entfernt liegt. Es ist auch nicht zwingend, daß der von den Leitblechen abgeteilte Teilkanal, der bei kleinen Drosselklappenöffnungen die Gasströmung führt, in Richtung auf die Einlaßventilöffnung enger wird, dies ist lediglich eine vorteilhafte Ausführungsform.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Zylinder, einem diesen verschließenden Zylinderkopf mit asymmetrisch zur Zylinderbohrung angeordneter Einlaßventilöffnung, einem zu dieser hinführenden Einlaßkanal und einer Drosselklappe im Einlaßkanal, die zwischen zwei Stellungen, in welchen sie den Einlaßkanal im wesentlichen verschließt bzw. völlig öffnet, verschwenkbar ist, wobei sie bei kleiner Öffnung nur einen asymmetrisch in einem bestimmten Wandbereich im Einlaßkanal fließenden Gasstrom erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts von der Drosselklappe (35) im Einlaßkanal (21,17) ein Leitblech (18) angeordnet ist, das den in dem bestimmten Wandbereich des Einlaßkanals (21,17) fließenden Gasstrom gegen jenen Bereich der Einlaßventilöffnung (7) richtet, der fern von der Mittenachse zur Zylinderbohrung (2) gelegen ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech den Einlaßkanal (21,17) quer überspannend in zwei Teilkanäle (17a,17b) aufteilt, von welchen der eine

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die in dem bestimmten Wandbereich des Einlaßkanals (21,17) fließende Gasströmung aufnimmt und gegen jenen Bareich der Einlaßventilöffnung (7) richtet, der fern von der Mittenachse dieser Zylinderbohrung (2) gelegen ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt jenes Teilkanals (17b) in Richtung auf die Einlaßventilöffnung (7) verringert.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts gelegene Kante des Leitblechs (18) konkav verläuft.

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