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Dokumentenidentifikation DE19603758A1 07.08.1997
Titel Brennkraftmaschine
Anmelder VDO Adolf Schindling AG, 60326 Frankfurt, DE
Erfinder Ganser, Otmar, 61476 Kronberg, DE
Vertreter Klein, T., Dipl.-Ing.(FH), Pat.-Anw., 55262 Heidesheim
DE-Anmeldedatum 02.02.1996
DE-Aktenzeichen 19603758
Offenlegungstag 07.08.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.1997
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F02B 75/20   F02M 7/24   F02B 21/00   
Zusammenfassung Bei einer Brennkraftmaschine (1) haben mehrere in einer Reihe angeordnete Zylinder (2-5) jeweils für die Zuführung eines Gasgemisches einen Drallkanal (11) und einen Lastkanal (12). Die Lastkanäle (12) und die Drallkanäle (11) sind in einer Reihe angeordnet. Jeder Lastkanal (12) hat eine Klappe (14). Alle Klappen (14) sind zur gleichzeitigen Ansteuerung an einer gemeinsamen Steuerstange (15) angebracht, die außerhalb der Drallkanäle (11) verläuft.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren in einer Reihe angeordneten Zylindern, welche für die Zuführung des Gasgemisches jeweils einen Drallkanal und einen Lastkanal haben und jeder Lastkanal ein Schließteil hat, welches zum Schließen und zum Öffnen in Abhängigkeit eines Arbeitsbereichs der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und mit einer Stellvorrichtung, die mit den einzelnen Schließteilen für deren gleichzeitige Ansteuerung Verbindung hat.

Solche Brennkraftmaschinen, bei denen im unteren Teillastbereich das Gasgemisch über den Drallkanal und im oberen Teillastbereich oder bei Vollast über den Drallkanal und den Lastkanal zugeführt wird, sind bekannt. Der Drallkanal dient dabei der Zuführung des Gasgemisches in einen seitlichen Bereich des Zylinders, wodurch in dem Zylinder eine zirkulierende Strömung entsteht. Dies verbessert insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung die Homogenität des Gasgemisches, was einen geringen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine zur Folge hat. Der Lastkanal kann in Abhängigkeit eines Arbeitsbereiches der Brennkraftmaschine, beispielsweise langsam mit steigender Last oder schlagartig bei einem bestimmten Grenzwert oder drehzahlabhängig geöffnet werden. Bei der bekannten Brennkraftmaschine sind die Schließteile jeweils als Klappen ausgebildet und zur gleichzeitigen Ansteuerung auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Da die Drallkanäle und die Lastkanäle der Zylinder in einer Reihe angeordnet sind, führt diese Welle durch alle Drallkanäle und Lastkanäle hindurch. Die Welle bildet damit die Stellvorrichtung.

Nachteilig bei einer solchen Brennkraftmaschine ist, daß die Welle die Strömung des Gasgemisches in ihrer Umgebung abbremst oder umlenkt. Hierdurch entsteht in den Drallkanälen ein ungleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil der Strömung, wodurch der Aufbau der zirkulierenden Strömung in den Zylindern behindert wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Strömung des Gasgemisches in dem Drallkanal ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil hat.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stellvorrichtung außerhalb der Drallkanäle angeordnet ist.

Durch diese Gestaltung wird der Querschnitt des Drallkanals durch die Stellvorrichtung nicht eingeengt. Das Gasgemisch gelangt deshalb mit einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil in die Zylinder und baut hier die zirkulierende Strömung auf.

Die Steuerung der Schließteile kann wie bei der bekannten Brennkraftmaschine mittels Schwenkbewegungen von Wellen erfolgen, wenn jedes der Schließteile gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine quer zu der Reihe der Drallkanäle und der Lastkanäle verlaufende, eine Klappe tragende Welle hat und wenn die Stellvorrichtung eine neben der Reihe der Drallkanäle und der Lastkanäle verlaufende Steuerstange zum Schwenken der Wellen aufweist.

Die Stellvorrichtung und die Schließteile sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders platzsparend gestaltete wenn die Schließteile jeweils als Schieber ausgebildet und mit Verbindungsgliedern verbunden sind. Die Verbindungsglieder zwischen den Schiebern bilden dann die Stellvorrichtung. Weiterhin sind die Schieber und die Verbindungsglieder sehr preiswert herstellbar, da sie beispielsweise aus einem Blech ausgeschnitten werden können. Durch diese Gestaltung wird auch die Strömung in den geöffneten Lastkanälen nicht durch die Schließteile oder durch die Stellvorrichtung gestört.

Die Stellvorrichtung und die Schließteile sind gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig herstellbar, wenn die Schieber und die Verbindungsglieder einstückig ausgebildet sind und sich mindestens über die Reihe der Drallkanäle und der Lastkanäle erstrecken.

Die Schieber können beispielsweise auch in einer Führung der Brennkraftmaschine quer zu der Reihe der Lastkanäle und der Drallkanäle verschoben werden. Die Schieber und ihre Führung gestalten sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die Schieber und die Verbindungsglieder von einem Materialstreifen gebildet sind und der Materialstreifen für jeden Zylinder jeweils eine gemeinsame längliche Öffnung für den Drallkanal und den Lastkanal hat, wenn der Abstand der Öffnungen zueinander größer ist als der Durchmesser des Lastkanals und wenn der Materialstreifen längs zu der Reihe der Drallkanäle verschiebbar ist.

Im Bereich der länglichen Öffnungen des Materialstreifens kann bei geschlossenen Lastkanälen das Gasgemisch von den Lastkanälen zu den Drallkanälen überströmen, was eine Störung der Strömung in den Drallkanälen zur Folge hat. Dieses Überströmen wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch verhindert, daß die Drallkanäle von den Lastkanälen im Bereich der Öffnungen durch Stege getrennt sind, welche in ihrer Höhe der Dicke des Materialstreifens entsprechen.

Ein durch eine Verschmutzung hervorgerufene Blockierung des Schiebers läßt sich einfach dadurch vermeiden, daß der Schieber im wesentlichen quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende der Säuberung dienende Konturen hat. Diese Konturen können beispielsweise in den Schieber eingearbeitete Rillen sein, welche die Verschmutzungen aufnehmen und seitlich abführen.

Das Öffnen und Schließen der Lastkanäle in Abhängigkeit von dem Last- oder Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach dadurch erreichen, daß die Stellvorrichtung eine von einem Unterdruck der Brennkraftmaschine gesteuerte Unterdruckdose hat.

Die Stellvorrichtung arbeitet gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders präzise, wenn die Stellvorrichtung Sensoren zur Erfassung der Drehzahl oder des Lastzustandes und einen Stellmotor oder einen Hydraulikzylinder zur Verstellung der Schieber hat.

Während des Betriebes der Brennkraftmaschine werden durch ein Öffnen und Schließen von Einlaßventilen Gasschwingungen in den Drallkanälen und den Lastkanälen hervorgerufen. Die Schließteile im Lastkanal vermögen diese Gasschwingungen kaum zu beeinflussen, wenn die Brennkraftmaschine jeweils ein von einem Sammelbehälter zu einem der Zylinder führendes, sich in Drallkanal und Lastkanal aufteilendes Saugrohr hat und wenn die Länge des Drallkanals und des Lastkanals im Verhältnis zu der Länge des Saugrohres kurz ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen oberen Bereich einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die Brennkraftmaschine aus Fig. 1 entlang der Linie I-I,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine mit einem Schieber als Schließteil,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Teilbereich einer Brennkraftmaschine 1 mit vier in einer Reihe angeordneten Zylindern 2-5, welche jeweils über ein Saugrohr 6-9 mit einem Sammelbehälter 10 verbunden sind. Kurz vor den Zylindern 2-5 teilen sich die Saugrohre 6-9 jeweils in einen Drallkanal 11 und einen Lastkanal 12 auf. Die Drallkanäle 11 und die Lastkanäle 12 sind daher besonders kurz gestaltet. In den Lastkanälen 12 ist jeweils eine Welle 13mit einer Klappe 14 angeordnet. In der eingezeichneten Stellung schließen die Klappen 14 die Lastkanäle 12. Die Wellen 13 sind senkrecht zur Zeichenebene und damit quer zu der Reihe der Zylinder 2-5 ausgerichtet. Die Klappen 14 lassen sich von einer waagerechten, die Lastkanäle 12 schließenden Stellung in eine senkrechte, die Lastkanäle 12 Öffnende Stellung schwenken. Die Lastkanäle 12 werden in einem oberen Teillastbereich geöffnet und im unteren Teillastbereich der Brennkraftmaschine 1 geschlossen. Hierbei müssen die Klappen 14 die Lastkanäle 12 nicht vollständig schließen, sondern es kann eine geringe Menge Leckluft an den Klappen 14 vorbeigelangen. Diese Leckluft ist insbesondere bei einer nicht eingezeichneten Saugrohreinspritzung, bei der eine Einspritzdüse in den Drallkanal 11 und den Lastkanal 12 gleichzeitig einspritzt, notwendig. Die Leckluft dient dann dazu, den in den Lastkanal 12 eingespritzten Kraftstoff abzuführen.

In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie I-I durch die Brennkraftmaschine 1 aus Fig. 1 dargestellt. Die Wellen 13 sind aus der Brennkraftmaschine 1 herausgeführt und besitzen jeweils eine Kurbel 16. An den Kurbeln 16 greift eine gemeinsame Steuerstange 15 an. Die Steuerstange 15 kann von einer Unterdruckdose 17 mit einer Membran 18 in ihrer Längsachse verschoben werden. Hierfür haben die Steuerstange 15 und die Membran 18 jeweils ein Gelenk 19, 20. Diese Gelenke 19, 20 sind untereinander mit einer Gelenkstange 21 verbunden. Die Wellen 13 werden in der Brennkraftmaschine 1 mit jeweils zwei Gleitlagern 22, 23 gehalten, welche gleichzeitig den Lastkanal 12 gegenüber der Umgebung abdichten. Weiterhin kann alternativ oder ergänzend zu den Gleitlagern 22, 23 ein Wellendichtring vorgesehen sein.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine 1, bei der ein Materialstreifen 24 jeweils eine gemeinsame längliche Öffnung 25 fuhr jeden in Fig. 1 eingezeichneten Zylinder 2-5 für den Drallkanal 11 und den Lastkanal 12 hat. Dieser Materialstreifen 24 besteht damit aus mehreren hintereinander angeordneten Querstegen 26-29, welche untereinander und mit einer Unterdruckdose 34 mit Längsstegen 30-33 verbunden sind. Die Querstege 26-29 lassen sich durch die Unterdruckdose 34 von einer die Lastkanäle 12 verdeckenden Stellung in eine die Lastkanäle 12 öffnende Stellung verschieben. Die Brennkraftmaschine 1 hat eine längliche, längs zu der Reihe der Drallkanäle 11 und der Lastkanäle 12 verlaufende Führung 35, in welcher der Materialstreifen 24 verschiebbar ist. Der Materialstreifen 24 ist an seiner Oberseite mit einer Vielzahl von quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufenden Rillen 36 versehen. Zwischen den Drallkanälen 11 und den Lastkanälen 12 sind jeweils Stege 37 angeordnet, welche ein Überströmen des Gasgemischs von dem Lastkanal 12 zu dem Drallkanal 11 verhindern.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 dadurch, daß die Brennkraftmaschine für jeden Lastkanal 12 jeweils einen U-förmigen Schieberabschnitt 38-41 hat. Die Schieberabschnitte 38-41 sind durch Schenkel 42-44 miteinander verbunden. Der der Unterdruckdose 34 zugewandte Schieberabschnitt 41 hat über ein Anschlußglied 45 eine Verbindung mit der Unterdruckdose 34. Die Schenkel 42-44 der Schieberabschnitte 38 - 41 können untereinander und mit dem Anschlußglied 45 beispielsweise verschweißt oder verlötet sein. Hierdurch kann die Steuerung der Lastkanäle 12 einfach auf Brennkraftmaschinen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zylindern angepaßt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Brennkraftmaschine mit mehreren in einer Reihe angeordneten Zylindern, welche für die Zuführung des Gasgemisches jeweils einen Drallkanal und einen Lastkanal haben und jeder Lastkanal ein Schließteil hat, welches zum Schließen und zum Öffnen in Abhängigkeit eines Arbeitsbereichs der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und mit einer Stellvorrichtung, die mit den einzelnen Schließteilen für deren gleichzeitige Ansteuerung Verbindung hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (Steuerstange 15, Längsstege 30-33, Schenkel 42-44) außerhalb der Drallkanäle (11) angeordnet ist.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Schließteile eine quer zu der Reihe der Drallkanäle (11) und der Lastkanäle (12) verlaufende, eine Klappe (14) tragende Welle (13) hat und daß die Stellvorrichtung eine neben der Reihe der Drallkanäle (11) und der Lastkanäle (12) verlaufende Steuerstange (15) zum Schwenken der Wellen (13) aufweist.
  3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließteile jeweils als Schieber (Querstege 26-29, Schieberabschnitte 38-41) ausgebildet und mit Verbindungsgliedern (Längssteg 30-33, Schenkel 42-44) verbunden sind.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (Querstege 26-29) und die Verbindungsglieder (Längsstege 30-33) einstückig ausgebildet sind und sich mindestens über die Reihe der Drallkanäle (11) und der Lastkanäle (12) erstrecken.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (Querstege 26-29) und die Verbindungsglieder (Längsstege 30-33) von einem Materialstreifen (24) gebildet sind, und der Materialstreifen (24) für jeden Zylinder (2-5) jeweils eine gemeinsame längliche Öffnung (25) für den Drallkanal (11) und den Lastkanal (12) hat, daß der Abstand der Öffnungen (25) zueinander größer ist als der Durchmesser des Lastkanals (12) und daß der Materialstreifen (24) längs zu der Reihe der Drallkanäle (11) verschiebbar ist.
  6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanäle (11) von den Lastkanälen (12) im Bereich der Öffnungen (25) durch Stege (37) getrennt sind, welche in ihrer Höhe der Dicke des Materialstreifens (24) entsprechen.
  7. 7. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (Querstege 26-29, Schieberabschnitte 38-41) im wesentlichen quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende der Säuberung dienende Konturen (Rillen 36) hat.
  8. 8. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (Steuerstange 15, Verbindungsglieder 30-33, Schenkel 42-44) eine von einem Unterdruck der Brennkraftmaschine (1) gesteuerte Unterdruckdose (17, 34) hat.
  9. 9. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung Sensoren zur Erfassung der Drehzahl oder des Lastzustandes und einen Stellmotor oder einen Hydraulikzylinder zur Verstellung der Schieber (Querstege 26-29, Schieberabschnitte 38-41) hat.
  10. 10. Brennkraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie jeweils ein von einem Sammelbehälter (10) zu einem der Zylinder (2-5) führendes, sich in Drallkanal (11) und Lastkanal (12) aufteilendes Saugrohr (6-9) hat und daß die Länge des Drallkanals (11) und des Lastkanals (12) im Verhältnis zu der Länge des Saugrohres (6-9) kurz ist.






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