DE69421426T2

DE69421426T2 - Auszugsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69421426T2
Application number: DE69421426T
Authority: DE
Inventors: Yohsiharu Isaka
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1993-01-14
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2014-01-15
Also published as: EP0610679B1; JP3402640B2; EP0610678A1; EP0610679A1; EP0610678B1; DE69415356T2; DE69415356D1; JPH06212983A; DE69421426D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere auf ein verbessertes Ansaugsystem, das die Funktion der Maschine bei niedrigen und mittleren Zuständen ohne Verschlechtern einer Hochgeschwindigkeitsfunktion verbessert.
Es ist gut bekannt, daß das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine extrem wichtig beim Bestimmen der Funktion bzw. der Leistung der Maschine ist. Auch bei herkömmlichen Ansaugsystemen ist das Ansaugsystem so ausgelegt, um einen Kompromiß zwischen den Erfordernissen einer Hochgeschwindigkeits- und Niedergeschwindigkeitsfunktion zu erzielen. Das bedeutet, daß, um eine maximale Hochgeschwindigkeitsfunktion zu erzielen, das Ansaugsystem so ausgelegt werden sollte, um eine maximale Beladung des Zylinders zu erreichen. Dies kann durch Vorsehen relativ großer, uneingeschränkter Strömungskanäle erreicht werden, und wobei die Einlaßbeladung so in den Zylinder in einer Richtung eintritt, um so im wesentlichen parallel zu der Achse der Zylinderbohrung zu strömen.
Obwohl der beschriebene Typ eines Ansaugsystems höhere Leistungsabtriebe erzielt, tendieren die Flächenbereiche der unbehinderten Strömung und der großen Strömung dazu, die Strömungsgeschwindigkeit, mit der in den Zylinder eingetreten wird, zu reduzieren, wenn die Maschine bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten betrieben wird. Unter diesen Bedingungen ist es wünschenswert, die Strömungsgeschwindigkeit, mit der in die Kammer eingetreten wird, schneller zu haben und auch eine gewisse Turbulenz einzubringen, um die Flammenpropagation und Verbrennung zu verbessern. Allerdings können diese die Turbulenz erhöhenden Vorrichtungen wesentlich die Belüftungsfähigkeit der Maschine und deren Hochgeschwindigkeitsfunktion reduzieren.
Deshalb schaffen herkömmliche Ansaugsysteme einen Kompromiß zwischen diesen zwei Extremen mit einem Schwerpunkt auf dem Zustand, der häufiger umfaßt ist. Es ist allerdings eine Anzahl von Vorrichtungen zum Zusammenwirken mit dem Ansaugsystem vorgeschlagen worden, so daß es schneller die Erfordernisse der Maschine bei sowohl hohen als auch niedrigen Geschwindigkeiten anpassen kann, ebenso wie geeignete Zustände während einer Funktion im mittleren Bereich zu liefern. Zum Beispiel ist in der EP 0 500 124 A1 eine Anordnung für eine Vierventilmaschine offenbart, die ein Steuerventil umfaßt, das zwischen einer uneingeschränkten Position, um so eine maximale Maschinenbeladung zu liefern, und einer die Strömung umändernden Position, bei der unterschiedliche Typen von Strömungsmustern und unterschiedliche, die Turbulenz induzierende Anordnungen in der Maschine vorgenommen werden können, bewegbar ist. Das System ist extrem effektiv beim Verbessern der Maschinenfunktion.
In den verschiedenen Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung dargestellt sind, sind Konstruktionen vorhanden, die so ausgelegt sind, um, zusätzlich zu einer normalen, uneingeschränkten Beladung, entweder einen Tumble bzw. eine Taumel-Bewegung, einen Wirbel oder eine Kombination eines Tumbles und eines Wirbels zu schaffen. Ein Tumble ist ein Typ einer Verwirbelungsbewegung, die in der Verbrennungskammer um eine Achse auftritt, die sich quer zu der Zylinderbohrungsachse erstreckt. Mit diesem Typ einer Bewegung wird die Einlaßbeladung von einer Seite der Zylinderbohrung eingeführt und strömt über die andere Seite, um in eine Abwärtsrichtung umgelenkt zu werden, wo sie auf den Kopf des Kolbens auftreffen wird, und dann zurück zu der Seite strömt, wo sie eingetreten ist, um so diese Tumble-Bewegung vorzunehmen. Ein Wirbel ist andererseits eine Drehbewegung innerhalb der Zylinderbohrung, die um die Zylinderbohrungsachse herum auftritt. Unter einigen Zuständen ist ein Tumble bevorzugt und unter anderen Zuständen ist ein Wirbel bevorzugt.
Es ist festgestellt worden, daß bei einigen Maschinen und bei einigen Laufbedingungen ein noch weiterer Typ eines Vorgangs in dem Zylinder wünschenswert sein kann. Dies ist eine Bewegung, die als ein "schräger Tumble" bzw. "slant tumble" bezeichnet werden kann. Mit einem schrägen Tumble wird auf den normalen Tumble- Vorgang ein leichter Vorgang überlagert, der dazu tendiert, zu bewirken, daß die Ladung unter einem Winkel zu einer Ebene strömt, die die Zylinderbohrungsachse enthält, allerdings eine solche, die nicht stark genug ist, um als Wirbel betrachtet zu werden. Dieser Typ einer Bewegung ist besonders vorteilhaft dann, wenn die Beladung der Maschine über das Ansaugsystem in einer in gewisser Weise nicht homogenen Art eingeführt wird, da die schräge Tumble-Wirkung eine Mischung unterstützen wird und eine Mischungsverteilung in der Verbrennungskammer verbessern kann, wie dies wünschenswert sein kann.
Wie angemerkt worden ist, ist es, um höhere Leistungsabtriebe zu erreichen, wünschenswert, ein Ansaugsystem zu schaffen, das vollständig die Verbrennungskammer beladen kann. Dies wird allgemein durch Vorsehen von großen Einlaßventilen, oder, in einigen Fällen, mehrfachen Einlaßventilen vorgenommen. Zum Beispiel sind Maschinen, die zwei Einlaßventile pro Zylinder haben, besonders nützlich beim Verbessern der Beladungseffektivität unter Hochgeschwindigkeits-Hochlastzuständen. Mit Ansaugsystemen, die Mehrfach-Einlaßventile und Einlaßventilsitze einsetzen, können Fälle vorhanden sein, bei denen die Einlaßventile unter unterschiedlichen Abständen von einer Ebene angeordnet sind, die die Achse der Zylinderbohrung enthält. Diese Situation tritt gewöhnlich bei Maschinen auf, die drei Einlaßventile pro Zylinder einsetzen, die ein Mittelventil aufweisen, das weiter von der Ebene entfernt ist, die die Zylinderbohrungsachse enthält, und ein Paar Seiteneinlaßventile, die näher zu dieser Ebene angeordnet sind und diese tatsächlich schneiden können. Offensichtlich sind die Ansaugsysteme, die diese Ventile versorgen, so angeordnet, daß sie unterschiedliche Strömungswege aufgrund der unterschiedlichen Stellen der Ventilsitze, die sie versorgen, haben. Demzufolge kann, um die Strömung durch die Ansaugkanäle so zu kontrollieren, um das erwünschte Strömungsmuster zu erhalten, die Ventilanordnung zum Kontrollieren der Strömung durch die Ansaugsysteme kompliziert werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ansaugsystem zu schaffen, wie es vorstehend angegeben ist, das ein verbessertes Strömungsmuster schaffen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Ansaugsystem, wie es vorstehend angegeben ist, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung weiterhin durch die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine vorgenommen ist, die gemäß einer ersten Ausführungsform aufgebaut ist,
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Flächenbereichs, der in Fig. 1 dargestellt ist, die allerdings entlang einer leicht unterschiedlichen Ebene zu derjenigen der Fig. 1 vorgenommen ist,
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang derselben Ebene wie in Fig. 2 vorgenommen ist, und die die Luftströmung in die Verbrennungskammer zeigt, wenn sich das Steuerventil in seiner zweiten Position durch die Mitteneinlaßöffnung befindet,
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, die entlang derselben Ebene wie in Fig. 1 vorgenommen ist, und die die Strömung darstellt, die in die Verbrennungskammer über die Seiteneinlaßöffnungen eintritt,
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 5-5 der Fig. 2 vorgenommen ist,
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie 6-6 der Fig. 2 vorgenommen ist,
Fig. 7 zeigt eine Bodendraufsicht des Zylinderkopfs dieser Ausführungsform,
Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu Fig. 3, und stellt eine Ausführungsform dar, wie das Strömungsmuster umgerichtet oder kontrolliert werden kann,
Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht, teilweise ähnlich zu Fig. 4, und stellt ein Ansaugsystem dar, das nicht explizit auf die vorliegende Erfindung gerichtet ist.
Unter Bezugnahme nun im Detail auf die Zeichnungen, und zu Anfang auf die Ausführungsform der Fig. 1-7 und primär anfänglich auf Fig. 1, ist eine Brennkraftmaschine, die gemäß dieser Ausführungsform aufgebaut ist, allgemein mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Da sich die Erfindung primär mit dem Ansaugsystem für die Maschine befaßt, ist nur der obere Bereich der Maschine 21 dargestellt worden und wird beschrieben werden. Dort, wo irgendwelche Details der Maschine 21 nicht beschrieben sind, können sie als herkömmlich angesehen werden. Auch ist, für den größten Teil, die Erfindung in Verbindung mit nur einem einzelnen Zylinder der Maschine beschrieben, obwohl andere Zylinder in bestimmten Figurenerscheinen. Es sollte leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die Erfindung in Verbindung mit irgendeiner Einzylindermaschine oder mit Mehrzylindermaschinen oder Mehrzylindermaschinen, die verschiedene Konfigurationen besitzen, ausgeführt werden kann.
Die Maschine 21 ist aus einem Zylinderblock 22, der eine oder mehrere Zylinderbohrung(en) 23 besitzt, die darin durch eingepreßte oder eingegossene Zylinderbüchsen 24 gebildet sind, aufgebaut. Es ist offensichtlich, daß die Erfindung in Verbindung mit Maschinen eingesetzt werden kann, bei denen die Zylinderbohrungen direkt durch den Zylinderblock 22 gebildet sind. Die Achse der Zylinderbohrung 23 ist in bestimmten Figuren durch die Linie X bezeichnet.
Kolben 25 sind für eine Hin- und Herbewegung innerhalb der Zylinderbohrungen 23 gehalten und sind mittels Pleuelstangen 26 mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) in einer herkömmlichen Art und Weise verbunden.
Eine Zylinderkopfanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet ist, ist an dem Zylinderblock 22 in einer bekannten Art und Weise befestigt und schließt die Zylinderbohrungen 23. Der Zylinderkopf 27 ist mit Vertiefungen 28 versehen, die mit den Köpfen der Kolben 25 und den Zylinderbohrungen 23 zusammenwirken, um Kammern der Maschine mit variablem Volumen zu bilden, die dahingehend angesehen werden können, daß sie die Verbrennungskammern sind.
Die Maschine 21 ist in allen Ausführungsformen, die beschrieben sind, von dem Querströmungsmuster, und deshalb ist eine Seite des Zylinderkopfs, die im wesentlichen auf einer Seite einer Ebene Lx (Fig. 7) liegt, die die Achse X der Zylinderbohrung enthält und durch die Drehachse der Kurbelwelle hindurchführt, als Einlaßseite aufgebaut, und diese umfaßt ein Ansaugsystem, allgemein mit dem Bezugszeichen 29 bezeichnet. Die gegenüberliegende Seite weist die Auslaßseite der Maschine auf und enthält das Auslaß- bzw. Abgassystem, das beschrieben werden wird.
Das Ansaugsystem 29 umfaßt eine Anordnung zum Anziehen von atmosphärischer Luft und zum Zuführen von dieser zu der Verbrennungskammer. Dies umfaßt eine Lufteinlaßvorrichtung, die teilweise dargestellt ist und mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist, die Atmosphärenluft anzieht und die diese Luft schallmäßig dämpft und filtert. Die Luft wird dann, in den Ausführungsformen, die beschrieben sind, zu einer Ladungsbildungseinrichtung in der Form eines Vergasers 32 zugeführt. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit mit Vergasern versehenen Maschinen beschrieben ist, sollte leicht für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, daß die Erfindung in Verbindung mit anderen Ladungsbildungssystemen eingesetzt werden kann, die eine Kraftstoffeinspritzung umfassen, die von entweder dem Verteiler- oder Direkt-Zylinder-Typ sein kann.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Vergaser 32 von dem sogenannten Luftventil-Typ und umfassen manuell betätigte Drosselklappenventile 3 und werden unter der Kontrolle des Bedieners in einer gut bekannten Art und Weise betätigt. Zusätzlich ist ein Gleitkolben 34 in dem Ansaugkanal 35 des Vergasers 32 gehalten und besitzt einen Dosierstab 36 zum Kontrollieren der Kraftstoffströmung. Der Kolben 34 bewegt sich auch automatisch in eine Position in dem Ansaugkanal 35, um so ein im wesentlichen konstantes Druckdifferential für die Strömung durch den Vergaser 32 beizubehalten.
Der Vergaser 32 führt die Luft-Kraftstoff-Mischung zu einem Einlaßverteiler 37 zu, der in einer geeigneten Art und Weise an der Zylinderkopfanordnung 27 befestigt ist und der mit Einlaßkanälen 38 kommuniziert, die in der Zylinderkopfanordnung 27 gebildet sind, beginnend an einer Außenoberfläche 39.
Diese Ansaugkanäle können am besten unter Bezugnahme auf Fig. 5 verstanden werden, die eine Querschnittsansicht zeigt, die entlang der Linie 5-5 der Fig. 2 vorgenommen ist und die die Konfiguration und Orientierung des Ansaugkanals 38 in weiterem Detail darstellt. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Ansaugkanal 38 von dem Zwillings- bzw. Y-Typ und versorgt drei Einlaßöffnungen, die durch drei Einlaßventilsitze gebildet sind, die aus einem Paar von Seiteneinlaßventilsitzen 42 und 43 und einem Mitteneinlaßventilsitz 44 zusammengesetzt sind. Die Beziehung dieser Ventilsitze kann am besten in Fig. 7 gesehen werden, die eine Unterseitenansicht der Zylinderkopfanordnung 27 ist, wobei gesehen werden wird, daß die Mitten der Einlaßöffnungen, definiert durch die Seiteneinlaßventilsitze 42 und 43, auf einer gemeinsamen Linie L&sub1; liegen, die sich parallel zu der Ebene Lx erstreckt, die die Zylinderbohrungsachsen X und die Drehachse der Kurbelwelle enthält. Die Einlaßventilöffnung, die durch den Mitteneinlaßventilsitz 44 gebildet ist, liegt auf einer Linie L&sub2;, die weiter von der Ebene Lx beabstandet ist, wie deutlich in Fig. 7 dargestellt ist. Die Orientierung der Ventilsitze 42, 43 und 44 und der Ventile, die diesen zugeordnet sind, wird im weiteren Detail später beschrieben werden.
Wie angemerkt worden ist, ist der Einlaßkanal 38 von dem Zwillings-Typ in dieser Ausführungsform und er umfaßt eine Einlaßöffnung 45, die in der äußeren Oberfläche 39 der Zylinderkopfanordnung 27 gebildet ist, wie zuvor angemerkt ist. Dieser Kanal wird dann in drei Einlaßkanäle unterteilt, die aus einem Paar Seiteneinlaßkanälen 46 und 47 und einem Mitteneinlaßkanal 48 zusammengesetzt sind, wobei die Einlaßkanäle durch innere Wände 49 und 51 der Zylinderkopfanordnung 27 gebildet sind. Es sollte verständlich werden, daß, obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Zwillings-Typ eines Einlaßkanals beschrieben ist, die Erfindung in Verbindung mit Einlaßsystemen eingesetzt werden kann, bei denen jeder Einlaßventilsitz 42, 43 und 44 mit seinem eigenen Einlaßkanal versehen ist, oder irgendwelche Paare von Einlaßkanälen können zwillingsmäßig miteinander aufgebaut sein.
Seiteneinlaßventile 52 und 53 und ein Mitteneinlaßventil 54 sind für eine Hin- und Herbewegung in der Zylinderkopfanordnung 27 getragen, indem deren Schäfte gleitend in jeweiligen Ventilführungen 55 gehalten sind. Diese Ventilführungen 55 können in die Zylinderkopfanordnung 27 eingepreßt oder in anderer Weise befestigt sein. Diese Einlaßventile 52, 53 und 54 sind so angeordnet, daß sich die Seiteneinlaßventile 52 und 53 vorzugsweise um Achsen drehen, die in einer gemeinsamen Ebene liegen, und die unter einem spitzen Winkel θ1 zu der Ebene Lx angeordnet ist, die die Zylinderbohrungsachse X enthält. Das Mitteneinlaßventil 54 ist so angeordnet, daß seine Achse unter einem spitzen Winkel θ2 zu der Ebene Lx angeordnet ist, allerdings so, daß dieser spitze Winkel θ2 geringer als der spitze Winkel θ1 der Ebenen ist, die die Achsen der Seitentellerventile 52 und 53 enthalten. Es sollte verständlich werden, daß dies eine bevorzugte Form der Ventilplazierung ist, daß allerdings andere Ventilplazierungen eingesetzt werden können, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Einlaßventile 52, 53 und 54 können so angeordnet sein, daß sich deren Achsen einer Hin- und Herbewegung an einem gemeinsamen Punkt schneiden, obwohl, wiederum, dies nicht ein notwendiger Bestandteil der Erfindung ist. Die Einlaßventile 52, 53 und 54 werden alle zu deren geschlossenen Positionen mittels Schraubenkompressionsfedern 56 so gedrückt, daß sie zwischen dem Zylinderkopf 27 und Rückhalteeinrichtungsanordnungen vorgespannt sind, wie dies nach dem Stand der Technik bekannt ist. Ventilstößel 57 sind gleitend in der Zylinderkopfanordnung 27 gehalten und werden durch eine Einlaßnockenwelle 58 für ein Öffnen und Schließen der Einlaßventile 52, 53 und 54 in einer bekannten Art und Weise betätigt. Die Einlaßnockenwelle 58 wird unter einer halben Kubelwellengeschwindigkeit durch irgendeinen geeigneten Antrieb, der ebenfalls nach dem Stand der Technik bekannt ist, angetrieben.
Unter Bezugnahme nun auf die Auslaßseite der Maschine ist der Zylinderkopf 27 mit zwillingsmäßig gepaarten Auslaßkanälen 59 versehen, die mit Auslaßöffnungen kommunizieren, die durch Ventilsitze 61 gebildet sind, die in dem Zylinderkopf 27 in einer geeigneten Art und Weise gebildet sind. In dieser Ausführungsform sind zwei Auslaßöffnungen vorhanden, die durch den Ventilsitz 61 gebildet sind, und diese Auslaßöffnungen sind so angeordnet, daß deren Mitten auf einer Ebene L&sub3; (Fig. 7) liegen, die auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene Lx angeordnet ist, die die Zylinderbohrungsachsen X von den Einlaßventilen enthält, wie bereits angemerkt ist. Dabei ist ein Paar Auslaßkanäle 62 vorgesehen, die sich von dem Ventilsitz 61 zu einer gemeinsamen Auslaßöffnung 63 erstrecken, die in der Auslaßseite des Zylinderkopfs 27 gebildet ist. Irgendein geeigneter Auslaßverteiler kann zum Sammeln von Abgasen vorgesehen werden und kann sie zu der Atmosphäre in irgendeiner bekannten Art und Weise abgeben.
Auslaßventile 64 sind gleitend innerhalb der Zylinderkopfanordnung 27 in einer Ventilführung 65 gehalten, die in den Zylinderkopf 27 eingepreßt oder in anderer Weise daran gehalten sind, und wirken mit dem Ventilsitz 61 so zusammen, um die Strömung durch den Auslaßkanal 58 zu kontrollieren.
Ähnlich zu den Einlaßventilen werden die Auslaßventile 64 zu deren geschlossener Position durch Schraubenkompressionsfedern 56 gedrückt und Ventilstößel 57 sind den Schäften jedes der Auslaßventile 64 zum Steuern deren Öffnung und Schließung zugeordnet. Eine obenliegend befestigte Auslaßnockenwelle 66, die unter einer halben Kurbelwellengeschwindigkeit ähnlich der Einlaßnockenwelle 58 angetrieben wird, ist drehbar in der Zylinderkopfanordnung 27 gelagert und betätigt die Ventilstößel 58 für ein Betätigen des Auslaßventils 64 in einer ausreichend bekannten Art und Weise.
Zündkerzen 67 sind in der Zylinderkopfanordnung 27 so befestigt, daß deren Zündspalte im wesentlichen auf der Zylinderbohrungsachse X liegen. Die Zündkerzen 67 werden durch irgendeinen geeigneten Zündkreis gezündet.
Die Achsen der Hin- und Herbewegung für die Auslaßventile 64 liegen in einer gemeinsamen Ebene und diese gemeinsame Ebene ist unter einem spitzen Winkel zu der Ebene Lx angeordnet, die die Achsen X der Zylinderbohrung enthält. Dieser spitze Winkel liegt zwischen dem spitzen Winkel θ2 des Mitteneinlaßventils 44 und solchen θ2 der Seiteneinlaßvenfile 42 und 43. Auch sollte angemerkt werden, daß die Mitte der Auslaßventilsitze 61 oder der Auslaßöffnungen unter einem Abstand D&sub3; von der Ebene Lx angeordnet ist, die geringer als der Abstand D&sub1; der Ebene L&sub1; der Seiteneinlaßventile ist und geringer als der Abstand D&sub2; der Ebene L&sub2; ist, die das Mitteneinlaßventil 44 enthält. Wiederum wird diese Beziehung dahingehend angesehen, daß sie nur eine bevorzugte Anordnung ist, und die Erfindung kann in Verbindung mit Maschinen eingesetzt werden, die andere Plazierungen besitzen.
Wie leicht aus der vorstehenden Beschreibung, insbesondere aus einer Betrachtung der Fig. 1, 2, 3 und 4, ersichtlich werden sollte, sind die Einlaßkanäle 46, 47 und 48 so angeordnet, daß sie in die Verbrennungskammer und insbesondere in die Zylinderkopfvertiefung 28, in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Zylinderbohrungsachse X und in einer im wesentlichen uneingeschränkten Weise, abgeben. Jeder der Einlaßkanäle 46, 47 und 48 ist aus einem im wesentlichen geraden Abschnitt, der unter einem Winkel zu der Ebene Lx angeordnet ist, und einem im wesentlichen geraden Abschnitt, der eine Höhe H besitzt, die sich im wesentlichen parallel zu den Zylinderbohrungsachsen X erstreckt, aufgebaut, um so eine im wesentlichen unbehinderte Strömung zu schaffen. Dieser Aufbau, wie er vorstehend beschrieben ist, tendiert allerdings dazu, eine geringe Turbulenz in der Verbrennungskammer unter Geschwindigkeiten im niedrigen und mittleren Bereich zu liefern, und demzufolge kann eine Verbrennung langsam und unvollständig sein. Um dieses Problem zu vermeiden und um den erwünschten Typ eines Strömungsmusters unter anderen Laufzuständen und maximaler Geschwindigkeit und maximaler Last zu schaffen, ist eine Steuerventilanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 68 bezeichnet ist, in den Ansaugkanälen 46, 47 und 48 zum Zurückrichten der Strömung durch diese vorgesehen, wie nun beschrieben werden wird.
Die Steuerventilanordnung 68 ist aus einem im wesentlichen zylindrischen Teil aufgebaut, das drehbar in der Zylinderkopfanordnung 27 innerhalb einer Bohrung 69 gelagert ist, die sich im wesentlichen parallel zu der Ebene Lx erstreckt und die jeden der Einlaßkanäle 46, 47 und 48 an einem Punkt leicht oberhalb deren Ausbuchtung in den dargestellten Ausführungsformen schneidet. Aufgrund dieser Anordnung wird das Steuerventil 68 weiter in den mittleren Einlaßkanal 48 vorstehen, als es dies in die Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 vornimmt, wie dies deutlich in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Dies besitzt sowohl strukturelle als auch funktionale Vorteile dahingehend, daß dies ermöglicht, daß ein einzelnes Steuerventil 68 für alle Einlaßkanäle 46, 47 und 48 für eine gegebene Zylinderbohrung 23 verwendet wird, und unterstützt auch beim Erzielen des erwünschten Strömungsmusters, wenn das Steuerventil 68 gedreht wird, um das Strömungsmuster zu ändern. Dies ist sogar möglich, obwohl die Einlaßkanäle 46 und 47 eine unterschiedliche Orientierung zu dem Einlaßkanal 48 besitzen, wie deutlich in Fig. 2 dargestellt ist.
Das Steuerventil 68 ist mit ausgeschnittenen Bereichen 71 und 72 in den Einlaßkanälen 46 und 47 jeweils und einem Ausschnitt 73 in dem Einlaßkanal 48 versehen. In dieser Ausführungsform nehmen die Ausschnitte 71 und 72 einen geringeren Bereich des Steuerventils 68 als der Ausschnitt 73 weg, wie deutlich in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die Ausschnitte 71, 72 und 73 sind so konfiguriert, daß dann, wenn sich das Steuerventil 68 in einem ersten, weit offenen oder Vollastlaufzustand befindet, dabei absolut keine Verlängerung des Steuerventils 68 in die Ansaugkanäle 46, 47 und 48 hinein vorhanden ist, wie dies in den vorstehend erwähnten, parallel anhängigen Anmeldungen angemerkt ist. Demzufolge ist eine uneingeschränkte Strömung zu den Verbrennungskammern in dieser Position möglich und eine gute Beladungseffektivität kann erhalten werden. Auch wird keine Turbulenzen in den Verbrennungskammern unter diesem Zustand hervorgerufen werden.
Wenn das Steuerventil 68 zu seiner zweiten Position, dargestellt in den Figuren, gedreht wird, wird der Körper des Ventils in die Einlaßkanäle 46, 47 und 48 hineinführen und diese behindern. Die Behinderung der Strömungskanäle 46 und 47 bewirkt, daß die Luftströmung in die Verbrennungskammer hinein gerichtet wird, wie durch die Pfeile A in Fig. 4 dargestellt ist, zu einer Seite der Ventilsitze 42 und 43 hin und zu der entgegengesetzten Seite der Zylinderbohrung 23 hin, um so eine verwirbelnde Wirkung um eine Achse herum zu erzeugen, die sich quer zu der Zylinderbohrungsachse X erstreckt, um so eine Tumble- bzw. Taumel-Wirkung zu erzielen. Die Größe dieser Tumble-Wirkung wird durch die Höhe H&sub1; des geraden Abschnitts der Ansaugkanäle 46 und 47 bestimmt, wobei eine desto größere Tumble- Wirkung erzeugt werden wird, je geringer die Höhe ist. Dies beruht auf der Tatsache, daß, je geringer die Höhe H&sub1; ist, desto effektiver die Neigung des Rests der Ansaugkanäle 46 und 47 in den geraden Kanälen signifikant sein wird.
Unter Bezugnahme nun auf Fig. 3 wird dort auch eine Tumble-Wirkung erzeugt, wie durch den Pfeil B in dieser Figur angezeigt ist, und zwar aufgrund des Vorhandenseins des Steuerventils 68 in einer versperrenden Weise zu dem Einlaßkanal 48. Allerdings kann, da der Ausschnitt tiefer in dieser Ausführungsform ist, eine gewisse Strömung auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilsitzes 44 hindurchführen, wie durch den Pfeil C in unterbrochener Linie dargestellt ist, um so den Effekt der Tumble-Wirkung zu reduzieren. Zusätzlich ist der Ventilsitz 44 unter einem größeren Abstand D&sub2; von der Ebene Lx, der Abstand D&sub1; der Seiteneinlaßventile 42 und 43, angeordnet, so daß die Tumble-Wirkung nicht so groß sein wird. Um dies zu kompensieren, ist die Höhe H&sub2; des geraden Abschnitts des Einlaßkanals 48 kürzer als die Höhe H&sub1; der Einlaßkanäle 46 und 47 gemacht, um so die Differenzen zwischen der Tumble-Strömung von dem Mitteneinlaßkanal 48 von solchen der Seiteneinlaßkanäle 46 und 47 zu reduzieren.
Da, wie in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist, die Einlaßöffnungen 42 und 43 an den Seiten der Bohrung angeordnet sind, während diejenigen des Einlaßkanals 44 mehr an der Mitte angeordnet sind, wird dort zusätzlich zu der Tumble-Wirkung ein gewisser Vorgang erzeugt werden, der dazu tendiert, eine Drehung der Strömung von den Seiteneinlaßkanalöffnungen 42 und 43 zu der Mitte hin zu bewirken, da dort eine geringere Stärke in der Tumble-Wirkung von dem Mitteneinlaßkanal 44 vorhanden sein wird. Als eine Folge wird dort eine gewisse Verdrillung oder Schrägstellung der Tumble-Wirkung vorhanden sein, um zwei taumelnde Strömungen zu bewirken, um sich zu der Mitte hin zu drehen. Allerdings ist dies keine Drehwirkung, die ausreichend genug ist, um einen Wirbel zu erzeugen. Als Folge dieser Wirkung ist es möglich, eine gute Mischung und Turbulenz in der Verbrennungskammer sicherzustellen, ohne eine übermäßige Turbulenz zu erzeugen, die nachteilige Laufzustände und eine Lauffunktion bewirken könnte.
Es sollte angemerkt werden, daß das Steuerventil 68 durch irgendeinen geeigneten Mechanismus betätigt werden kann, wie dies in der vorstehend angeführten, anhängigen Anmeldung beschrieben ist, und daß irgendeine Art einer Steuerstrategie eingesetzt werden kann. Grundsätzlich wird unter niedriger Geschwindigkeit, niedrigen Lastzuständen, das Steuerventil 68 in seine zweite Position plaziert, wie in den Ansichten mit durchgezogener Linie der Figuren dargestellt ist, und dann werden, wenn sich die Geschwindigkeit und die Last der Maschine erhöhen, die Steuerventile 68 in einer Stufenfunktion zu deren offenen Position hin gedreht, um so die Turbulenz zu reduzieren und die Ladungseffektivität zu erhöhen.
In dem Aufbau, der hier beschrieben ist, ist das Steuerventil 68 in einer Uhrzeigerrichtung von seiner geschlossenen Position zu seiner offenen Position gedreht worden. Allerdings ist es auch möglich, die Drehung in der entgegengesetzten Richtung zu bewirken, und in diesem Fall wird der verschließende Bereich des Steuerventils 68 in dem Mitteneinlaßkanal 48 näher zu dem Ventilsitz sein, wie durch die Ansicht in unterbrochener Linie der Fig. 3 dargestellt ist. Dies wird dazu tendieren, die Stärke eines Tumbles, erzeugt durch das Mitteneinlaßventil, zu erhöhen, da der Luftströmungspfad C, der der Tumble-Wirkung entgegenwirkt, wesentlich reduziert werden wird.
Es sollte leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, daß die Größe einer Schrägstellung der Tumble-Richtung durch Ändern bestimmter Parameter kontrolliert werden kann, wie beispielsweise die Höhen H&sub1; und H&sub2; der geraden Abschnitte der Einlaßkanäle 46, 47 und 48. Auch kann die Größe der Ausschnitte der jeweiligen Bereiche 71, 72 und 73 und die Richtung einer Drehung des Steuerventils 48 diese Sache beeinflussen.
Nun werden einige andere Konstruktionen beschrieben werden, die eingesetzt werden können, um so die Größe einer Tumble-Wirkung durch die jeweiligen Ventile und Ventilöffnungen zu variieren, wobei die erste davon in Fig. 8 erscheint und auf den Mitteneinlaßkanal 48 und seinen Ventilsitz bezogen ist. Aufgrund der Ähnlichkeit sind Komponenten, die dieselben sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet worden, und sie werden nicht erneut beschrieben werden, mit Ausnahme insoweit, als dies zum Verständnis des Aufbaues und der Betriebsweise dieser Ausführungsform notwendig ist.
Diese Ausführungsform stellt eine Art und Weise dar, in der eine Gegen-Tumble- Strömung C, die dem Mitteneinlaßventilsitz 42 zugeordnet ist, reduziert werden kann. Dies wird durch Vorsehen einer leichten Vertiefung des Ventilsitzes 72 so vorgenommen, um einen im wesentlichen zylindrischen Maskierungsbereich 101 zu schaffen, der dazu tendieren wird, die Gegen-Tumble-Strömung C einzuschränken. Dieses Konzept kann in Verbindung mit irgendeinem der Ventilsitze verwendet werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Strömungsmuster, das erwünscht ist.
Fig. 9 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei der das Steuerventil 68 etwas unterschiedlich positioniert ist und unterschiedlich geformt ist, um so die Wirbelwirkung zu erhöhen. Dies kann entweder in Verbindung mit dem Mitteneinlaßventilsitz 44 oder einem der Seiteneinlaßventilsitze 42 oder 43 vorgenommen werden. Zusätzlich eliminiert dieser Aufbau den separat eingepreßten Ventilsitz, schafft allerdings im Gegensatz dazu eine Beschichtung oder einen anderen Typ eines Oberflächenfinish 151 für ein Verkürzen des geraden Abschnitts des Einlaßkanals, ohne nachteilig seine Strömungsfähigkeiten zu beeinflussen, wenn er unter hoher Geschwindigkeit und unter hoher Last läuft. Ähnliche Behandlungen 152 können für die Ventilsitze der Auslaßventile 64 vorgesehen werden.
Dies ermöglicht, daß das Steuerventil 68 niedriger und in der Bucht positioniert wird, die dem jeweiligen Einlaßkanal zugeordnet ist, wobei jede besondere Ausführungsform in Verbindung mit einem der Seiteneinlaßkanäle 46 oder 47 dargestellt ist. Der ausgeschnittene Bereich, allgemein mit dem Bezugszeichen 153 bezeichnet, ist in einer etwas gebogenen Art und Weise gebildet, um so einen Fortgang der Oberfläche zu schaffen, die den Einlaßkanal 46 definiert, wenn sich das Steuerventil in seiner ersten oder vollständig geöffneten, die Strömung nicht einschränkenden Position befindet. Zusätzlich ist die Seitenoberfläche des Steuerventils 68 mit einer weiteren Kerbe oder Vertiefung 154 versehen, um so zu ermöglichen, daß sie frei von dem Schaft des jeweiligen Einlaßventils 52 ist und im wesentlichen die gesamte Strömung in den Tumble-Pfad richtet.
Es sollte leicht aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung extrem effektiv beim Erzielen des erwünschten Grads einer Turbulenz oder eines schrägen Tumbles bzw. Taumels in dem Zylinder unter einem Lauf unter niedriger Geschwindigkeit und im mittleren Bereich ist, ohne eine Belüftungsfähigkeit unter hoher Geschwindigkeit, hohen Lastzuständen einzuschränken. Natürlich ist die vorstehende Beschreibung diejenige von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und verschiedene Änderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Ansaugsystem (29) für eine Brennkraftmaschine, das eine Zylinderbohrung (23), die einen Teil einer Verbrennungskammer definiert, eine Ansaugkanaleinrichtung zum Zuführen einer Ladung zu der Verbrennungskammer, wobei die Ansaugkanaleinrichtung so konfiguriert ist, daß die Ladung, die dadurch in die Verbrennungskammer eingeführt ist, im wesentlichen nicht eingeschränkt ist und im wesentlichen axial in die Zylinderbohrung (23) hineinströmt, und eine Steuerventileinrichtung (68) in der Ansaugkanaleinrichtung und bewegbar zwischen einer ersten Position, bei der die Strömung der Ladung in die Verbrennungskammer hinein im wesentlichen uneingeschränkt und in einer im wesentlichen axialen Richtung vorliegt, und einer zweiten Position, um die Strömung in die Verbrennungskammer hinein in einer Richtung zu richten, um eine Tumble bzw. Taumel-Strömung zu erzeugen, wobei die Ladung in einer Tumble-Bewegung um eine Achse quer zu der Achse der Zylinderbohrung herum strömt, besitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ansaugkanaleinrichtung einen Mitteneinlaßkanal (48) und zwei Seiteneinlaßkanäle (46, 47) aufweist, wobei jeder zu einem Einlaßventil jeweils führt, und daß sich die Steuerventileinrichtung (68) durch die Seiteneinlaßkanäle (46, 47) und den Mitteneinlaßkanal (48) erstreckt,

wobei die Steuerventileinrichtung (68) weiter in den Mitteneinlaßkanal (48) hinein vorsteht, als sie dies in die Seiteneinlaßkanäle (46, 47) tut,

wodurch in der zweiten Position die Tumble-Strömung von den Seiteneinlaßkanälen stärker ist als diejenige von dem Mitteneinlaßkanal, so daß eine schräge Tumble- Wirkung in entgegengesetzten Richtungen von entgegengesetzten Seiten der Zylinderbohrung resultiert.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile Tellerventile (52, 53, 54) zum Kontrollieren der Strömung durch die Einlaßöffnungen sind.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen unter unterschiedlichen Abständen von einer Ebene angeordnet sind, die die Zylinderbohrungsachse (x) und die Drehachse der Abtriebswelle der Maschine (21) enthält.

4. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (68) ein einzelnes Steuerventilelement aufweist, das durch die Ansaugkanaleinrichtung (35) hindurchführt.

5. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (68) ein im wesentlichen zylindrisches Drehventil ist.

6. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventileinrichtung (68) mit Ausschnitten (71, 72, 73) in deren zylindrischem Bereich versehen ist, der durch die Einlaßkanaleinrichtung hindurchführt, zum Umrichten des Strömungspfads, wenn das Steuerventilelement in seiner zweiten Position ist.

7. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenventilsitze (42, 43) näher zu einer Ebene liegen, die die Zylinderbohrungsachse (x) enthält, als der Mittenventilsitz (44).

8. Ansaugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Seitenventilsitze (42, 43) einen größeren Betrag einer Tumble- bzw. Taumel-Wirkung als der andere Seitenventilsitz (43, 42) erzeugt.