DE2300180A1

DE2300180A1 - Verfahren zur verbesserung der gemischbildung im zylinder einer brennkraftmaschine und nach diesem verfahren betriebene brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2300180A1
Application number: DE2300180A
Authority: DE
Inventors: Hans Prof Dipl Ing Dr Dr List; Erich Dipl Ing Schreiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-11
Filing date: 1973-01-03
Publication date: 1973-08-09
Also published as: FR2167964B1; AT326423B; ATA21372A; GB1421031A; JPS4873611A; FR2167964A1; US3874357A; SE386957B

Description

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München 22

Dipl.Ing,Dr,Dr.h,c.Hans LIST, Graz (Österreich)

Verfahren zur Verbesserung der Gemischbildung im Zylinder einer Brennkraftmaschine und nach diesem Verfahren betriebene Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Gemischbildung im Zylinder einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung sowie eine nach diesem Verfahren betriebene Brennkraftmaschine,

Um bei Motoren mit Gemischbildung im Zylinder und direkter Einspritzung eine gleichmäßigere Verteilung und innigere Mischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft zu erreichen, wurde bisher die Erzeugung einer Luftrotation der in den Zylinder einströmenden Luft bezüglich der Zylinderachse als wirksamste Maßnahme angesehen, durch welche die Verbrennungsluft den sternförmig angeordneten Kraftstoffstrahlen seitlich zugeführt wird. Unter den verschiedenen bekannten Methoden zur Erzeugung dieser Luftdrehung im Zylinder hat sich die Ausbildung der Einlaßkanäle als Spiralkanäle als wirksam erwiesen.

Andere bekannte Konstruktionen erreichen die beabsichtigte Luftdrehung im Zylinder durch Schrägkanäle, welche die

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über das Einlaßventil eintretende Verbrennungsluft in eine im wesentlichen tangenti.ale Richtung in Bezug auf die Zylinderbohrung lenken« Weiters sind auch draller^zeugende Schirme an den Ventilen und verschiedene Blendenanordnungen vor dem Ventilsitz bekanntgeworden, welche Einrichtungen gleichfalls einer verbesserten" Drehströmung im Zylinder dienen.

Obwohl die bekannten Maßnahmen zur Erzeugung einer Luftrotation im Zylinder zweifellos Vorteile bezüglich einer be.sseren Semischauf bereitung erbracht haben, ist es dennoch damit nicht zu vermeiden, daß sich innerhalb des Brennraumes Bereiche mit wesentlich unterschiedlichem Luftüberschuß ausbilden, wodurch der 7erbrennungsablauf ungleichmäßig wird. An Stellen mit kleinerem Luftüberschuß treten dabei höhere Ve rbrennungs tempera tür ra auf. Durch hohe Verbrennungstemperaturen wird aber die Bildung größerer Mengen von FO in unerwünschter Weise gefördert.

Bei der bisher üblichen Entwicklung von Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung stand die Absicht, große Leistungen und eine Verbesserung des Wirkungsgrades zu erhalten, zumeist im Vordergrund, Gegenüber diesen Forderungen -mußten die Bestrebungen, den Anteil schädlicher Komponenten im Abgas, insbesondere von Ή0 zu senken, zurückgestellt werden. Die verstärkten Bemühungen des Umweltschutzes haben jedoch dazu geführt, daß dem Problem der Abgasentgiftung eine ständig wachsende Bedeutung zugemessen wird.

Es ist daher das hauptsächliche Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Gemischbildung bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung anzugeben, durch die in erster Linie verhindert werden soll, daß das sehr giftige HO in größeren Mengen entsteht, und die sich außerdem mit einfachen Mitteln verwirklichen läßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems besteht nun darin, daß der Luftstrom vor Eintritt in den Zylinder mindestens teilweise dadurch in Turbulenz versetzt wird,

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daß er in zwei oder mehr Teilströme aufgeteilt wird und daß diese Teilströme im Winkel zueinander wieder zu einem Strom zusammengeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß durch die Schaffung dieser speziellen Strömungsverhältnisse im Einlaßkanalsystem einer Brennkraftmaschine ein wesentlicher Einfluß auf die Gemischbildung im Zylinder genommen werden kann. Die durch das Aufeinanderprallen der Teilluftströme hervorgerufene verstärkte Turbulenz der Strömung erhält sich im Zylinder bis zur Einspritzung des Kraftstoffes und bewirkt eine intensive und insbesondere gleichmäßigere Mischung der Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff, als bei einer Gemischbildung _f bei der keine Maßnahmen zur zusätzlichen Turbulenzerzeugung in der Luft getroffen werden.

Als unmittelbare Folgeerscheinung der verbesserten Gemischaufbereitung ergeben sich nur relativ geringe lokale Abweichungen des Luftüberschusses gegenüber dem Mittelwert desselben, sodaß das Entstehen von überdurchschnittlich heißen Stellen im Brennraum weitgehend vermieden wird und nur verhältnismäßig geringe Temperaturdifferenzen zwischen diesen Zonen und dem übrigen Brennraum auftreten. Es kommt daher zu rauchärmerer Verbrennung und zu einer wesentlichen Reduzierung des NO -Anteiles in den Verbrennungsgäsen.

Die Güte der durch die Erfindung erreichbaren Mischung von Verbrennungsluft und Kraftstoff entspricht etwa den Verhältnissen bei Vorkammermotoren, ohne daß jedoch der Ilachteil des verhältnismäßig größeren Energieverlustes durch die Vorkammer in Kauf genommen werden muß.

Von besonderem Vorteil ist es, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen zur Erzeugung einer turbulenten Strömung von den zur Erzeugung einer Luftrotation im Zylinder vorgesehenen Vorkehrungen unabhängig sind. Die Erfindung kann deshalb für sich allein oder im Zusammenwirken mit bekannten drallerzeugenden Maßnahmen zur Anwendung gelangen.

Die Verbesserung der Gemischbildung wirkt sich außerdem so aus, daß der Voreinspritzwinkel, also der Winkel in

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Kurbelgraden vor dem oberen Totpunkt, bei dem die Einspritzung beginnt, verkleinert werden kann, ohne daß bei der Verbrennung erhöhte Rußbiidung auftritt.

Eine spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Gestaltung des Einlaßkanals beim Eintritt der Luft in den Zylinder über das Ventil im wesentlichen zwei Teilströme gebildet werden, die in verschiedener Drehrichtung um die Zylinderachse kreisen und von denen der eine stärker ist als der andere, so daß insgesamt eine Rotation in Richtung des stärkeren Stromes entsteht. Durch den Zusammenprall des stärkeren mit dem schwächeren Luftstrom wird die Turbulenz im Zylinder verstärkt, ohne daß die als vorteilhaft erkannte Rotation der Luft um die Zylinderachse unterbunden wird. Es hat sich gezeigt, daß es, im Gegensatz zu den bisher angewendeten Prinzipien, für die Gemischbildung förderlich ist, wenn nur ein Teil der aus dem Ventil in den Zylinder eintretenden Luft im Sinne der Kanalspirale rotiert, der übrige Teil aber so austritt, daß er durch die Zylinderwand zu einer Gegendrehung veranlaßt wird und daher mit dem Hauptluftstrom zusammenprallt.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der durch die Turbulenz verursachte Strömungsverlust durch Aufladung kompensiert wird, so daß ein Liefergrad entsteht, der nahezu gleich dem Liefergrad des Motors ohne Turbulenzmaßnahmen' oder größer als dieser ist. Der Vorteil der verbesserten Gemischaufbereitung bleibt durch diese Maßnahmen unberührt.

Die Erfindung ist weiters auf die bauliche Gestaltung von Brennkraftmaschinen mit Gemischbildung im Zylinder unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet. Eine bevorzugte Ausführungsform einer solchen Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilstrom durch einen separaten Kanal hindurchgeleitet ist und sich die Einzelkanäle vor dem Einlaßkanal vereinigen. Diese Ausbildung

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zeichnet sich nicht nur durch ihre "bauliche Einfachheit aus, sondern sie erlaubt es auch, vorhandene Motoren ohne wesentliche bauliche Änderungen im Sinne der Erfindung auszurüsten. So kann beispielsweise an die Stelle des üblichen Ansaugrohres ein gegabelter Rohrstutzen treten, der die beiden im Winkel zusammenlaufenden Kanäle für die beiden Teilluftströme enthält.

Bei Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehreren, an ein gemeinsames Ansaugsammelrohr angeschlossenen Zylindern ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, wenn die Einzelkanäle in das Ansaugsammelrohr vor den Abzweigungen der Einlaßkanäle einmünden. Dadurch wird die bauliche Gestaltung des Einlaßsystems einschließlich der Einrichtungen zur Erzeugung der turbulenten Strömung wesentlich vereinfacht.

Eine andere Ausführungsmöglichkeit einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Querschnitt des Einlaßkanals in an sich bekannter t/eise durch Einbauten unterteilt ist, die sich nur über einen Teil der Einlaßkanallänge erstrecken. Es ist zwar schon eine Vierventil-Brennkraftmaschine bekannt, bei der die beiden Einlaßventile an einen gemeinsamen Einlaßkanal angeschlossen sind, der durch einen miteingegossenen hohlen Butzen, durch den auch eine der Zylinderkopf-Befestigungsschrauben hindurchgeht, in zwei Teilkanäle unterteilt ist. Diese Anordnung bezweckt jedoch nicht die Entstehung einer Wirbelströmung sondern sie- unterstützt vielmehr nur die Aufteilung des Luftstromes auf die beiden Einlaßventile,

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können bei der letztgenannten Motorkonstruktion die Einbauten aus einem oder mehreren, quer zur Kanalachse sich erstreckenden Stäben, Rippen od.dgl. bestehen. Wesentlich für den erfindunggemäßen Effekt ist dabei eine solche Anordnung und Formgebung der Einbauten, daß die dazwischen hindurchtretenden Teilströme hinter den Einbauten im Winkel aufeinandertreffen und dadurch Turbulenz erzeugt wird,

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lach einem weiteren Erfindungsmerkmal können aber die Einbauten auch als quer zur Kanalachse angeordnete Gitter ausgebildet sein. Der zwischen den G-itterstäben freibleibende Querschnitt ist dann so zu bemessen, daß der--- Strömungswiderstand im Einlaßkanal innerhalb zulässiger Grenzen bleibt.

Bei Anwendung der Erfindung bei einer Brennkraftmaschine mit als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanälen, die vor dem spiralförmigen Kanalteil eine eine Abreißkante bildende Kanalzunge aufweisen, ist in V/eiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen, daß ein Teilstrom über eine Aussparung der Kanalzunge in Richtung zur Achse des Einlaßventiles geleitet u.iä dort mit dem Hauptluft strom zusammengeführt ist. In diesem Falle entsteht die erhöhte Turbulenz der Strömung in der Kanal spirale kurz vor Eintritt in den Zylinder, wobei sich die Drehströmung zufolge des Spiralkanals und die durch das Aufeinanderprallen der beiden Teilströme oberhalb des Einlaßventiles entstandene zusätzliche Turbulenz überlagern und in ihrer Wirkung ergänzen.

Schließlich kann bei einer Brennkraftmaschine mit als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanälen, die vor dem spiralförmigen Kanalteil eine Kanalzunge aufweisen, nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Kanalzunge vom Ventilführungsbutzen bis zum Außendurchmesser annähernd gerade und tangential an den Ventilführungsbutzen verlaufen und mit der Verbindungslinie von Zylindermitte und Ventilmitte einen spitzen Winkel einschließen, der vorzugsweise weniger als 60° beträgt. Diese Kanalgestaltung führt zur Ausbildung der erwähnten Gegenströmung der beiden in den Zylinder mit entgegengesetztem Drehsinn bezüglich der Zylinderachse eintretenden Teilströme,

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung zum Teil schematisch dargestellter Ausführungsbei-

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spiele näher erläutert. Es zeigen: Pig, 1 einen Vertikalschnitt eines Zylinderkopfes der erfindungsgemäßen Bauart, Pig. 2 einen Korizontalsclmitt des Zylinderkopfes nach Pig, 1, die Pig, 3 Ms 8 je ein Ausführungsbeispiel einer Einlaiikanalanordnung nach der Erfindung, Fig, 9 die Vorderansicht und j?ig, 10 einen Horizontal schnitt eines Einlaßkanal es nach der Erfindung, Pig. 11 die Vorderansicht und Fig. 12 einen Horizontalschnitt einer anderen Ausführungsform eines EinlaBkanales nach der Erfindung, die Pig, 13 bis 17 Vorderansichten v/eiterer Ausführungsmöglichkeiten von Einlaßkar?Ιο::, "nach den erfindungsgemaßen Prinzip, Pig, 18 die scheraaticohe Draufsicht einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach der Erfindung, Pig, 19 die schematische Ansicht eines Spiraikanals nach der Erfindung ,in Richtung des Pfeiles XIX in Pig. 21 gesehen, Pig, 20 einen Schnitt nach der Linie XX-XX und Pig. 21 einen weiteren Schnitt nach der Linie XXI-XXI in Pig. 19»

Der Zylinderkopf 1 einer wassergekühlten Brennkraftmaschine nach Pig. 1 und 2 besitzt ein Einlaßventil 2 und ein Auslaßventil 3, deren Ventilkanäle nach einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Zylinderkopfes 1 verlaufen. Der Sinlaßkanal 4 ist als Spiralkanal mit i«^r: den Schaft des Einlaßventils 2 gewundenem, zum Ventil hin abfallenden spiralförmigen Abschnitt 5 ausgebildet, Der Auslaßkanal ist mit 6 bezeichnet.

An der saugseitigen Zylinderkopf-Seitenwand 7 ist ein V-förmiger Rohrstutzen 8 angeflanscht, der zwei im spitzen Winkel zueinander verlaufende Kanäle 9 und 10 enthält, über diese Kanäle 9 und 10 wird der Einlaßkanal 4 mit Verbrennungsluft beaufschlagt. Die Strömung in den Kanälen 9 und 10 ist durch Pfeile veranschaulicht. An der Übergangsstelle der Kanäle 9 und 10 zürn Einlaßkanal 4 prallen die beiden Teilluftströme in einem Winkel s.ufein-

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sodaß in diesem Bereich des Einlaßsystems starke il en ζ auftritt. Die turbulent strömende Verbrennung.?·

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luft erhält sodarm im spiralförmigen Abschnitt 5 des Einlaßkanales 4 eine zusätzliche Drehung. Durch die Überlagerung der Turbulenz und Rotation kommt es zu einer sehr gleichmäßigen Verteilung der über das Einlaßventil 2 eintretenden Verbrennungsluft im betreffenden Zylinder der Brennkraftmaschine und zu einer innigen Mischung von Kraftstoff und Verbrennungsluft im Zylinder. Als besonderer Effekt dieser Strömungsverhältnisse tritt eine Vergleichmäßigung der Verbrennungstemperatur im Zylinder- ein, durch die der NO -Anteil in den Verbrennungsgasen absinkt.

Die beabsichtigte Turbulenz der Verbrennungsluft kann auch durch Einbauten im Einlaßsystem erreicht werden, durch die der Luftstrom in zwei im V/i nice I zueinander verlaufende Teilströme Q^ und Qp unterteilt wird, die sich hinter den betreffenden Einbauten wieder zu' einem gemeinsamen turbulenten Luftstrom vereinigen. Solche Anordnungen sind aus den Pig. 3 bis 8 ersichtlich. Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist in der Abzweigung 11 des.Ansaugrohres 12 zum Einlaßkanal 4 ein hohler Einsatz 13 miteingegossen, der den Einlaßquerschnitt in zwei im spitzen Winkel zueinander verlaufende Einzelkanäle 9' und 10' für die beiden Teilströme unterteilt. Turbulenz tritt hier schon im vordersten Teil des Einlaßkanales 4 ein.

Die Konstruktion nach Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, daß das Ansaugrohr 12 näher an die saugseitige Zylinderkopf- Seitenwand 7 herangerückt ist und der Einsatz 14 als vollwandige, bis an die Zylinderkopf-Seitenwand 7 vorgezogene Rippe ausgebildet ist.

Fig,' 5- zeigt "die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einem Einlaßkanal 4- mit ausgeprägter Spirale 5. Hier findet eine Überlagerung von Turbulenz und Rotation der Verbrennungsluft wie im Falle der Ausführung nach Fig. 1 und 2 statt.

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Die Anordnung nach Fig, 6 unterscheidet sich vom vorgenannten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daf3 die eine Abreißkante bildende Kanalzunge 15 des Einlaßkanals 4 eine etwa rechteckförmige Aussparung 16 besitzt, durch die ein Teilluftstrom hindurchtritt, der im wesentlichen gegen den Schaft des Einlaßventiles 2 gerichtet ist, Dieser Teilluftstrom prallt mit dem über die Kanalzunge 15 in den spiralförmigen Kanalabschnitt 5 geleiteten Hauptluftstrom noch vor dem Eintritt in den Zylinder zusammen, sodaß es dort zu einer zusätzlichen Turbulenz kommt, welche dem im spiralförmigen Kanalteil 5 entstehenden Drall überlagert ist.

Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, können die zur Aufteilung der Verbrennungsluft in zwei Teil.ströme vorgesehenen Einbauten erforderlichenfalls auch innerhalb des Einlaßkanals 4 angeordnet werden. In beiden Fällen bestehen die Einbauten aus einer miteingegossenen Rippe 14 mit etwa tropfenförmigem Querschnitt, dessen Spitze dem Einlaßventil 2 zugewendet ist. Das Ansaugrohr 12 kann bei diesen beiden Ausführungen bis unmittelbar an die Zylinrierkopf-Seitenwand 7 herangerückt werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 9 und 10 weist der Einlaßkanal 4 zwecks Ausbildung der beabsichtigten turbulenten Strömung zwei Einbauten in Form von querverlaufenden parallelen Rippen 17 auf. Es sind dann zwei Bereiche vorhanden, in denen durch den Aufeinanderprall der durch Pfeile veranschaulichten Teilströme Turbulenz auftritt, sodaß eine gleichmäßigere Verteilung der turbulent strömenden Luft über den Kanalquerschnitt erreicht wird.

Wie die Fig, 11 und 12 zeigen, können die Einbauten zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im Einlaßkanal 4 auch die Form eines Gitters aufweisen, welches im dargestellten Fall aus vier radialen Rippen 18 und konzentrisch angeordneten ringförmigen Rippen 19 besteht. Die Zone,

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in der die turbulente Strömung entsteht, verteilt sich daher nahezu über den gesamten Querschnitt des Einlaßkanales 4.

Aus den Fig. 13 bis 17 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten von turbulenzerzeugenden Einbauten im Einlaßkanal ersichtlich. Die jeweils ^günstigste Form und Anordnung der Einbauten läßt sich für die betreffende Motorengattung jeweils durch Versuche bestimmen. In Fig. 13 ist nur eine seitlich angeordnete Rippe 20 vorhanden, die einen Teil des L^ftstromes seitlich ablenkt, sodaß dieser mit dem geradlinig strömenden Hauptluftstrom im Winkel aufeinanderprallt. Es hat sich gezeigt, daß Turbulenz im Einlaßkanal auch durch eine Rippe 21 erreicht werden kann, welche, 'ie 'Fig, 14 zeigt, nicht über den gesamten Kanalquerschnitt durchgeht.

Die jeweils günstigste Anordnung und Lage der Rippen im Einlaßkahal 4 hängt sowohl von den Strömungsverhältnissen im Ansaugrohr als auch vom Verlauf des hinter der Rippe befindlichen Teiles des Einlaßkanals 4 ab. So kann es sich beispielsweise als günstig erweisen, gemäß Fig. 15 eine in bezug auf die Kanalmitte versetzte, zur Achse des zugehörigen Zylinders senkrechte Rippe 22 vorzusehen oder gemäß Fig. 16 eine schrägstehende Rippe 23 anzuordnen, hinter der sich der Einlaßkanal 4 verengt. Eine ähnliche Ausführung, jedoch mit zur Achse des zügehörigen Zylinders paralleler Rippe 24 zeigt Fig. 17, Eine weitere Möglichkeit, um insbesondere-hei einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine die erwünschte Turbulenz der Verbrennungsluft im Einlaßsystem zu erreichen, ist aus Fig. 18 ersichtlich. Hier werden die Zylinder 36 des Motors in bekannter V/eise von einem gemeinsamen Arisaugsammelrohr 37 gespeist. Das Auspuffsammeirohr ist mit 38 bezeichnet. Die Verbrennungsluft wird dem AnsaugsammeIrohr 37 über zwei im Winkel zueinander angeordnete Teilkanäle 9", 10" zugeleitet, sodaß Turbulenz

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schon in dem mit 39 bezeichneten Bereich des Ansaugsammelrohres 37 eintritt. Es hat sich gezeigt, daß die Turbulenz der Strömung auch noch bis zu dem vom Bereich 39 am weitesten entfernten Zylinder 36 aufrechterhalten bleibt, sodaß im allgemeinen sich weitere turbulenzfördernde Maßnahmen im Bereich der Anschlußstellen der Einlaßkanäle an die Sammelleitung 37 erübrigen. Die Anordnung nach Fig. 18 zeichnet sich durch ihre besonders einfache bauliche Gestaltung aus.

Außer den "bereits gezeigten Anordnungen zur Erzeugung einer turbulenten Strömung im Einlaßkanalsystem ist im Rahmen der Erfindung auch eine Kanalgestaltung möglich, bei der die zusätzliche Turbulenz im wesentlichen erst im Zylinder selbst entsteht. Dies wird gemäß Pig,19 bis 21 durch eine besondere Formgebung und Stellung des Einlaßkanales 25 in bezug auf die Zylinderwand 26 erreicht. Die dargestellte Konstruktion beruht auf der Erkenntnis, daß eine beträchtliche Erhöhung der Turbulenz im Zylinder selbst entsteht, wenn der Luftstrom, welcher aus dem Einlaßventil 27 in den Zylinder eintritt, nur zum Teil im Sinne der Kanalspirale 28 rotiert, der übrige Teil des Luftstromes aber so austritt, daß er durch die Zylinderwand 26 zu einer Gegendrehung abgelenkt wird und daher mit dem Hauptluftstrom zusammenprallt.

In Fig. 19 sind scheinatisch Teile der entsprechenden Stromlinien eingetragen. Die aus dem Ventilspalt austretenden Stromlinien 40, 41 sind aus der radialen Richtung zum Teil im Uhrzeigersinn, zum Teil entgegen dem Uhrzeigersinn herausgedreht. Die Geschwindigkeitsvektoren des Stromes nach den im Uhrzeigersinn von der radialen Richtung abweichenden Stromlinien 40 bewirken eine Rechtsdrehung und v/erden bei Annäherung an die Zylinderwand 26 und durch gegenseitige Beeinflussung zu kreis- oder sjjiralförmigen Stromlinien gekrümmt.

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Bei der dargestellten Form des Einlaßkanals 25 sind Austrittesfcromlinien 41 vorhanden, deren Richtung entgegen dein Urhezigersinn von der radialen Richtung der Ventilöffnung abweicht. Diese ergeben eine Gegendrehung, welche durch den benachbarten Teil der Zylinder v/an d 26 noch unterstützt wird. Der Hauptstrom 40·, der rechtsdrehend ist, stößt innerhalb des Zylinders in dem durch gestrichelte Linien angedeuteten Bereich 42 auf den entgegendrehenden kleineren Mengenstrom 41 ', wodurch ein sehr intensives Wirbelgebiet entsteht. JJa die Masse der Gegenströmung 41' geringer ist als die des Hauptstromes 40', resultiert insgesamt, eine Rechtsdrehung der Zylinderladung, mit v/elcher die kleinen »«irbel des umrandeten Gebietes 42 mitschwimmen..

Es hängt sehr von der Lage der Spiralzunge 29 ab, ob eine ausreichende Gegenströmung oder nur eine gleichsinnige Rotation der gesamten einströmenden Ladung' im Zylinder zustandekommt. Um Strömungsverhältnisse mit ausgeprägter Gegenströmung herbeizuführen, verläuft die Spiralzunge 29 des Einlaßkanals 25 vom VentilfUhrungsbutzen 30 bis zum Außendurchmesser des Kanals annähernd gerade und tangential an den Ventilführungsbutzen 30 und schließt mit der Verbindungslinie 31 von Zylindermitte

32 und Ventilmitte 33 einen spitzen 'Winkel °^> ein, "welcher kleiner als 60° ist. Dreht man das Ende 29 der Kanalspirale in Fig. 19 nur um etwa 5° im Uhrzeigersinn, dann ist die Gegenströmung 41' so stark vermindert, daß der gewünschte Effekt, nämlich konstantes Rauchverhalten unabhängig von der Zündeinstellung, verlorengeht,

-V/as die Quers'chnittsgestaltung des spiralförmigen Teiles 28 des Einlaßkanals 25 betrifft', so hat sich die Einhaltung der folgenden, aus !«"ig. 20 und 21 ersichtlichen Winkel der Kanalwände in bezug auf die Ventilachse

33 als besonders günstig erwiesen: Der Winkel β zwischen

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der oberen Kanalwand 34 und der Ventilachse 33 soll etwa 30 bis 60 und der Winkel Jf zwischen der Soitenwand 35 des Kanals und der Ventilachse 33 soll etwa. 20 bis 50° betragen. Durch die richtige Wahl dieser Winkel erreicht man, daß der Haupt strom und dei* entgegengesetzt drehende Teilstrom, welche sich in Spiralenform im Zylinder nach unten bev/egen, et v/a mit gleicher Steigung in den Zylinder eintreten, sodaß es zu einem intensiven Zusammenprall kommt. Bei sehr unterschiedlicher Steigung könnten die beiden Ströme kreuzend aneinander vorbeilaufen, wodurch die Bildung kleiner Wirbel vermindert würde.

Die günstigsten Winkel- und Querschnittsverhältnisse werden zweckmäßigerweise ebenfalls empirisch ermittelt.

Durch die turbulente Strömung entsteht ein Strömungsverlust, der den Liefergrad, also die in den Zylinder eintretende verhältnismäßige L_uftmenge, vermindert» Um dies zu kompensieren, kann die Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbogebläse in bekannter V/eise aufgeladen werden, sodaß etv/a derselbe Liefergrad wie bei der Brennkraftmaschine ohne Aufladung und ohne zusätzliche Turbulenzeinrichtung gewährleistet ist.

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Claims

-H-

a t e n t a n s p r ü ehe

.j Verfahren zur Verbesserung der Gemischbildung im Zylinder einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Dieselmotoren mit direkter Einspritzung, dadurch gekennzeichnet , daß der Luftstrom vor Eintritt in den Zylinder mindestens teilweise dadurch in Turbulenz versetzt wird, daß er in zwei oder mehr Teilsbröme aufgeteilt wird, und daß diese Teilströme im Winkel zueinander wieder zu einem Strom zusammengeführt werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch besondere Gestaltung des Einlaßkanals beim Eintritt der Luft in den Zylinder über das Ventil im wesentlichen zwei Teilströme gebildet we !/den, die in verschiedener Drehrichtung um die Zylinderachse kreisen und von denen der eine stärker ist als der andere, sodaß insgesamt eine Rotation in Richtung des stärkeren Stromes entsteht.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Turbulenz verursachte Strömungsverlust durch Aufladμng kompensiert wird, so daß ein Liefergrad entsteht, der nahezu gleich dem Liefergrad des Motors ohne Turbulenzmaßnahmen oder größer als dieser ist»

Brennkraftmaschine mit Gemischbildung im Zylinder nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Teilstrom (Q-IJ Qo) durch einen separaten Kanal (9,1O;9^f,1O') hindurchgeleitet ist und sich die Einzelkanäle vor dem Einlaßkanal (4) vereinigen (iFig,1 bis 6). Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, mit zwei oder mehreren an ein gemeinsames Ansaugsammelx-ohr angeschlossenen Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkanäle (9",1O¹¹) in das Ansaugsaniruelrohr (37)

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vor den Abzweigungen der Einlaßkanäle einmünden (Fig. 18).

6. Brennkraftmaschine mit Gemischbildung im Zylinder nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der querschnitt des liinlaßkanals (4) in an sich bekannter Weise durch lünbauten (11, 17 bis 24) unterteilt ist, die sich nur über einen Teil der läinlaßkanallänge erstrecken (Fig.7 bis 17)«

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten aus einem oder mehreren, quer zur Kanalaohse sich erstreckenden Stäben, Rippen (14, 17 bis 24) od.dgl, bestehen.

8_# Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten als quer zur Kanalachse angeordnete Gitter (18, 19) ausgebildet sind (Fig. 11, 12).

9» Brennkraftmaschine mit Gemischbildung im Zylinder nach dem Verfahren nach Anspruch 1, mi t als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanälen, die vor dem spiralförmigen Kanalteil eine eine Abreißkante bildende Kanalzunge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom über eine Aussparung (16) der Kanalzunge (15) in Richtung zur Achse des Einlaßventiles (2) geleitet und dort mit dem Hauptluftstrom zusammengeführt ist (Fig. 6).
10. Brennkraftmaschine mit Gemischbildung im Zylinder nach dem Verfahren nach Anspruch 2, mit als Spiralkanäle ausgebildeten Einlaßkanälen, die vor dem spiralförmigen Kanalteil eine Kanalzunge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalzunge (29) vom VentilfUhrungsbutzen (27) bis zum Außendurchmesser annähernd gerade und tangential an den Ventilführungsbutzen verläuft und mit der Verbindungslinie (31) von

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Zylindermitte (32) und Ventilmitte (33) eirien spitzen Winkel einschließt, der vorzugsweise weniger als 60° beträgt.

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