FOUR-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE SUPER-CHARGED BY EXHAUST GAS TURBOCHARGER

Abstract: 1. Four stroke internal combustion engine supercharged by an exhaust gas turbocharger, the outlet passages of which, controlled by outlet valves, are connected to one or several exhaust gas lines connected to the exhaust gas turbine, and the inlet passages of which, controlled by inlet valves, are connected to an air collecting chamber supplied with air charge from the compressor, characterised in that the volume (VEK ) of each inlet passage (8) corresponds to 0.4 to 0.5 times the stroke volume (VH ) of the cylinder (3) to be supplied with air, and in that the cross sectional surface AEK in the case of inlet passages with a constant cross section, or the mean cross sectional surface AEKm in the case of inlet passages (8) narrowing towards the inlet valves (9), is equal to 1.8 to 2.2 times the actual effective inlet surface (AEeff ) presented in the case of a completely open inlet valve (9).

Description: Mittels Abgasturbolader aufgeladene 4-Takt-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine mittels Abgasturbolader aufgeladene 4-Takt-Brennkraftmaschine, deren durch Auslassventile beherrschte Auslasskanäle an eine oder mehrere mit der Abgasturbine verbundene Abgasleitungen und deren von Einlassventilen beherrschte Einlasskanäle an einen vom Verdichter mit Ladeluft versorgten Luftsammelraum angeschlossen sind. Bei einer derartigen 4-Takt-Brennkraftmaschine bestand die Aufgabe darin, die Einlasskanäle derart auszubilden, dass während der Spülphase und etwa der ersten Hälfte des Saughubes eine bestimmte Menge an kinetischer Energie in den in den Kanälen befindlichen Luftsäulen speicherbar und diese so gespeicherte Energie während des Restes des Saughubes und der Nacheinlassphase für eine optimale Nachladung der Zylinder ausnutzbar ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss bei einer 4-Takt Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art durch Einlasskanäle mit charakteristischen Merkmalen, so wie im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen solcher Einlasskanäle sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die erfindungsgemässe Ausbildung der Einlasskanäle, so wie angegeben, erbringt eine optimale Nachladunq der Zylinder. Durch entsprechende Wahl der Einlass-öffnet-Zeitpunkte und Einlass-schliesst-Zeitpunkte sind dann für einen bestimmten Lastbereich, in der Regel den am meisten gefahrenen Lastbereich der Maschine, ein minimaler Kraftstoffverbrauch und/oder eine Drehmomenterhöhung erzielbar. Nachstehend ist die erfindungsgemässe Lösung anhand zweier in der Zeichnung in Fig.1 und 2 dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit gleichem Bezugszeichen angezogen. In den Figuren ist jeweils stark schematisiert und in einem nur für das Verständnis der Erfindung notwendigen Teil eine mittels eines Abgasturboladers aufgeladene 4-Takt-Brennkraftmaschine dargestellt. Die 4-Takt-Brennkraftmaschine ist in der Zeichnung insgesamt mit 1, deren Abgasturbolader insgesamit mit 2 bezeichnet. Mit 3 ist ein Zylinder der Maschine, mit 4 dessen Zylinderbohrung und mit 5 ein in letzterer hin- und hergehender Hubkolben bezeichnet. Mit 6 ist ein den Zylinder 3 oben abschliessender Zylinderkopf und mit 7 ein auf letzterem sitzender Zylinderdeckel angezogen. Jeder Zylinderkopf 6 umfasst einen Einlasskanal 8, der hier durch zwei Einlassventile 9 beherrscht wird, sowie einen Auslasskanal 10, der hier durch zwei Auslassventile beherrscht wird. Letztere sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Der in der Zeichnung teilweise sichtbare Auslasskanal 10 gehört dabei zu jenem, dem dargestellten nachfolgenden Zylinder. Der Auslasskanal 10 jedes Zylinders 3 mündet hier in eine Abgassammelleitung 11, die sich längs und parallel der Zylinderreihe erstreckt sowie über einen Anschlusskanal 12 mit dem Turbineneinlass des Abgasturboladers 2 verbunden ist. Dabei ist zumindest der sich aussen am Zylinder kopf 6 anschliessende Teil jedes Auslasskanales 10 nach Art eines Diffusors sich querschnittsmässig erweiternd ausgebildet; ausserdem ragt jeder Auslasskanal 10 so weit in die Abgassammelleitung 11 hinein, dass Abgas energieverlustarm in letztere eintreten kann. Eine solch vorteilhafte Lage ist dann gegeben, wenn jeder Auslasskanal 10 mit seiner Mündungsebene 13 bis etwa zur Mitte der Abgassammelleitung 11 reicht. Ferner ist jeder Auslasskanal 10 hinsichtlich der Grösse seiner an der abgassammelleitungsinternen Mündungsebene 13 gegebenen Austritts-Querschnittsfläche und damit auch seines gesamten Abgasaufnahmevolumens durch folgende Formel bestimmt: EMI3.1 In dieser Formel bedeuten: A AK2 = an der abgassammelleitungsinternen Mündungs ebene 13 des Auslasskanales 10 gegebene Aus tritts-Querschnittsfläche, Cm = mittlere Kolbengeschwindigkeit bei Ausle gungs-Drehzahl, AK = Kolbenfläche, entsprechend der Querschnitts fläche einer Zylinderbohrung 4. Anstelle einer Abgassammelleitung 11 für eine Aufladung der 4-Takt-Brennkraftmaschine nach dem Stauprinzip ist auch eine andere Ausbildung der Auslasskanäle 10 und Anbindung derselben an mehrere Abgasleitungen, nämlich für eine Stossaufladung der 4-Takt-Brennkraftmaschine möglich. Jeder Einlasskanal 8 ist an einen vom Verdichter des Abgasturboladers 2 mit Ladeluft versorgten Luftsammelraum 14 angeschlossen. Letzterer ist hier längs der Zylinder 3 im Maschinengehäuse integriert. Dabei kann jeder Einlasskanal 8 entweder - wie in Fig.1 gezeigt aussen vom Luftsammelraum 14 abzweigen, oder - wie in Fig.2 gezeigt - bis in den Luftsammelraum 14 hinein verlängert sein. Darüber hinaus kann jeder Einlasskanal 8 entweder - wie in Fig.1 gezeigt - sich vom Eintritts Querschnitt 15 aus zum Einlassventil hin verengend, oder wie in Fig.2 gezeigt - mit weitgehend konstantem Querschnitt ausgebildet sein. Erç-n-uaisge--ass ist nun jeder der Einlasskanäle 8 derart ausgebildet, dass dessen Volumen (VEK) dem 0,4- bis 0,5fachen des Hubvolumens (VH) des mit Luft zu versorgenden Zylinders 3 entspricht. Darüber hinaus entspricht nach eine weiteren erfirdungsgemässen Kriterium die Querschnittsfläche (AEK) bei Einlasskanälen 8 mit kon EK stante Querschnitt bzw. die mittlere Querschnittsfläche AEKC bei sich zu den Einlassventilen 9 hin verengenden Einlasskanälen 8 gleich dem 1,8 - 2,2fachen der bei voll offenem Einlassventil gegebenen, effektiv wirksamen Einlassfläche (AEeff) - Diese effektiv wirksame Einlassläche (AEeff) ist von Fall zu Fall unterschiedlich und muss an einer gegebenen Maschine durch Versuche ermittelt werden. Diese effektiv wirksame Einlassfläche ist, bedingt durch Dralleinflüsse, Druckunterschiede, besondere geometrische Gegebenheiten im Raum unmittelbar vor den Einlassventilsitzen und dergleichen kleiner als die tatsächlich bei voll offenem Einlassventil zwischen dessen Schliessfläche und der Sitzfläche am Zylinderkopf freigegebenen ringförmigen Einlassfläche. Nach Ermittlung der Grösse der effektiv wirksamen Einlassiläche (AEeff) sind bei gegebenem Hubvolumen der Zylinder die Grösse der Einlasskanäle 8 berechenbar und letztere dann auf der Basis dieser sich ergebenden Werte herstellbar. Bezugszeichenliste 1 4-Takt-Brennkraftmaschine 2 Abgasturbolader 3 Zylinder 4 Zylinderbohrung 5 Hubkolben 6 Zylinderkopf 7 Zylinderdeckel 8 Einlasskanal 9 Einlassventil 10 Auslasskanal 11 Abgassammelleitung 1 2 Anschlusskanal 13 Mündungsebene v.10 14 Luftsammelraum 1 5 Eintrittsquerschnitt

Claims: Patentansprüche: 1. Mittels Abgasturbolader aufgeladene 4-Takt-Brenn kraftmaschine, deren durch Auslassventile beherrsch te Auslasskanäle an eine oder mehrere mit der Abgas turbine verbundene Abgasleitungen, und deren von Einlassventilen beherrschte Einlasskanäle an einen vom Verdichter mit Ladeluft versorgten Luftsammel raum angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (VEK) jedes Einlasskanales (8) dem 0,'- bis 0,5fachen des Hubvolumens (VH) des mit Luft zu versorgenden Zylinders (3) entspricht, und dass die Querschnittsfläche AEK bei Einlasskanälen mit konstantem Querschnitt bzw. die mittlere Quer schnittsfläche AEKm bei sich zu den Einlassventi len (9) hin verengenden Einlasskanälen (8) gleich dem 1,8- bis 2,2fachen der bei voll offenem Einlass ventil (9) gegebenen, effektiv wirksamen Einlass fläche (AEeff) ist. 2. Aufgeladene 4-Takt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlasskanal (8) aussen vom Luftsammelraum (14) abzweigt. 3. Aufgeladene 4-Takt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlasskanal (8) bis in den Luftsammelraum (14) hinein verlängert ist.

Inventors: MIKOTA, THOMAS
Applicants: M.A.N. - B&W DIESEL GMBH
Application year: 1984
Main classification: F02B33
IPC codes: F02B27, F02B75, F02B33