AT2334U1 - MULTI-CYLINDER COMBUSTION ENGINE WITH INNER MIXTURE - Google Patents

MULTI-CYLINDER COMBUSTION ENGINE WITH INNER MIXTURE Download PDF

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AT2334U1
AT2334U1 AT0030397U AT30397U AT2334U1 AT 2334 U1 AT2334 U1 AT 2334U1 AT 0030397 U AT0030397 U AT 0030397U AT 30397 U AT30397 U AT 30397U AT 2334 U1 AT2334 U1 AT 2334U1
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Abstract

Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, mit zwei zu jeweils einem Einlaßventil führenden, drallerzeugend ausgeführten Einlaßkanälen (9, 10) pro Zylinder (22) ist der erste Einlaßkanal (9) vorzugsweise als Tangentialkanal und der zweite Einlaßkanal (10) als Spiralkanal ausgebildet. Beide Einlaßkanäle (9, 10) gehen von auf einer Seite des Zylinderkopfes (11) angeordneten Flanschflächen (12a, 12b) aus. Die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) ist sowohl zur Zylinderkopfdichtebene (18) als auch zur durch die Zylinderachsen (7) aufgespannten Motorlängsebene (8) geneigt.Infolge der damit erreichten Freizügigkeit bei der Anordnung der drallerzeugenden Kanäle können optimale Verhältnisse bezüglich Drallanströmung erreicht werden.In a multi-cylinder internal combustion engine with internal mixture formation, with two inlet ducts (9, 10) per cylinder (22) leading to an inlet valve each, the first inlet duct (9) is preferably designed as a tangential duct and the second inlet duct (10) as a spiral duct. Both inlet ducts (9, 10) start from flange surfaces (12a, 12b) arranged on one side of the cylinder head (11). The flange surface (12b) of the second inlet duct (10) is inclined both to the cylinder head sealing plane (18) and to the engine longitudinal plane (8) spanned by the cylinder axes (7). As a result of the freedom of movement achieved in the arrangement of the swirl-producing ducts, optimal conditions with regard to swirl flow can be achieved can be achieved.

Description

AT 002 334 UlAT 002 334 Ul

Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, mit zwei zu jeweils einem Einlaßventil führenden, drallerzeugend ausgeführten Einlaßkanälen pro Zylinder, wobei der erste Einlaßkanal vorzugsweise als Tangentialkanal und der zweite Einlaßkanal als Spiralkanal ausgebildet ist und beide Einlaßkanäle von auf einer Seite des Zylinderkopfes angeordnete Flanschflächen ausgehen, und wobei die Ventilachsen der Einlaßventile etwa parallel zueinander ausgebildet sind.The invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine with internal mixture formation, with two swirl-generating inlet ducts leading to an inlet valve, the first inlet duct being preferably a tangential duct and the second inlet duct being a spiral duct, and both inlet ducts being arranged by flange surfaces arranged on one side of the cylinder head go out, and wherein the valve axes of the inlet valves are formed approximately parallel to each other.

Aus der DE 19 06 443 A ist eine Brennkraftmaschine mit zwei drallerzeugenden Einlaßkanälen pro Zylinder bekannt, welche von einer gemeinsamen seitlichen Flanschebene ausgehen. Dies hat den Nachteil, daß für drallerzeugende Kanäle bei gewissen Verhältnissen von Ventilposition und Flanschlage Zwänge entstehen, die eine optimale Auslegung der Kanäle hinsichtlich Drall und Durchfluß verhindern. Unter der Voraussetzung, daß die Verbindung der Ventilmitten parallel zur Motorlängsachse ist, wird es für diese, eine sehr einfache Ventilsteuerung erlaubende Anordnung sehr schwierig, drallerzeugende Kanäle mit optimalem Durchfluß zu realisieren.From DE 19 06 443 A, an internal combustion engine with two swirl-generating inlet channels per cylinder is known, which start from a common lateral flange plane. This has the disadvantage that constraints arise for swirl-generating channels with certain ratios of valve position and flange stops, which prevent the channels from being optimally designed with regard to swirl and flow. Assuming that the connection of the valve centers is parallel to the longitudinal axis of the engine, it becomes very difficult for this arrangement, which allows a very simple valve control, to realize swirl-generating channels with optimal flow.

Es wird dabei einer der Kanäle sowohl als Tangential- oder Spiralkanal optimal den gewünschten Drall der Zylinderladung erzeugen. Um die für den zweiten Einlaßkanal günstigste Position zu finden, ist für einen Spiralkanal ein bestimmter Winkel a, der zwischen der die Ventil- und Zylindermitte verbindenden Geraden einerseits sowie der die Ventilmitte und einen ersten Spiralquerschnitt verbindenden Geraden andererseits liegt, einzuhalten.One of the channels, both as a tangential or spiral channel, will optimally generate the desired swirl of the cylinder charge. In order to find the most favorable position for the second inlet duct, a certain angle a, which lies between the straight line connecting the valve and cylinder center on the one hand and the straight line connecting the valve center and a first spiral cross section on the other hand, must be maintained for a spiral duct.

Der durch Messung gefundene Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α läßt das Maximum der Drallzahl Dz bei etwa 180° erkennen, sodaß dieser Winkel praktisch anzustreben ist, um optimale Drallwerte zu erreichen.The course of the swirl number Dz as a function of the angle α found by measurement reveals the maximum of the swirl number Dz at approximately 180 °, so that this angle is practically desirable in order to achieve optimal swirl values.

Aus konstruktiven Gründen ergeben sich dadurch verschiedene Probleme. Ist nämlich der Zulaufteil des ersten Kanales kurz und strömungsgünstig, so ergibt sich für die Spiralenlage des zweiten Kanales ein Winkel α von etwa 270°. In diesen Bereich weist die Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α jedoch ein Minimum auf. Die Wirkung dieses Kanales ist daher durch niedrigen Drall und geringeren Durchfluß drastisch verschlechtert.For structural reasons, this creates various problems. If the inlet part of the first channel is short and aerodynamically favorable, an angle α of approximately 270 ° results for the spiral position of the second channel. In this range, however, the swirl number Dz has a minimum as a function of the angle α. The effect of this channel is therefore drastically worsened by low swirl and lower flow.

Bei der aus der DE 19 06 443 A bekannten Anordnung, bei der die Spirale des ersten Kanales eine optimale Lage von oc=180° aufweist, muß der Kanalzulaufteil des zweiten Kanales stark gekrümmt werden. Eine beliebige Vergrößerung des Krümmungsradius des Kanalzulaufteiles ist wegen Überschneidung mit dem zum Nachbarzylinder führenden Kanal nicht möglich. Es kommt in diesem stark gekrümmten Zulaufteil zu Strömungsablösungen, die die Vorteile der guten Spiralenlage zunichte machen.In the arrangement known from DE 19 06 443 A, in which the spiral of the first channel has an optimal position of oc = 180 °, the channel inlet part of the second channel must be strongly curved. Any increase in the radius of curvature of the channel inlet part is not possible because of an overlap with the channel leading to the neighboring cylinder. Flow separations occur in this strongly curved inlet part, which negate the advantages of the good spiral position.

Aus der EP 0 527 122 Bl ist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit einer Kanalanordnung bekannt, die bei einer Ventilanordnung mehr oder weniger parallel zur Motorachse eine optimale Drallerzeugung erlaubt. Dies wird dadurch erreicht, daß der zweite 2 AT 002 3S4 UlEP 0 527 122 B1 discloses an internal combustion engine of the type mentioned at the outset with a channel arrangement which, in the case of a valve arrangement, permits optimum swirl generation more or less parallel to the motor axis. This is achieved in that the second 2 AT 002 3S4 Ul

Einlaßkanal so ausgeführt ist, daß zumindest an einer Stelle die Kanalmittellinie etwa in Richtung der Zylinderachse liegt, wobei der zweite Einlaßkanal von einer in Motorlängsrichtung liegenden Flanschebene ausgeht, die etwa normal zur Zylinderachse angeordnet ist. Diese Anordnung erlaubt zwar eine optimale Strömungsgestaltung, hat allerdings den Nachteil, daß die Flanschfläche des zweiten Einlaßkanales im Bereich der Zylinderkopfdeckfläche angeordnet ist, wodurch sich bei der Saugrohrgestaltung konstruktive Probleme ergeben.Inlet port is designed so that at least at one point the channel center line lies approximately in the direction of the cylinder axis, the second inlet channel starting from a flange plane lying in the engine longitudinal direction, which is arranged approximately normal to the cylinder axis. Although this arrangement allows an optimal flow design, it has the disadvantage that the flange surface of the second intake port is arranged in the region of the cylinder head cover surface, which leads to construction problems in the intake manifold design.

Aufgabe der Erfindung ist es diese Nachteile zu vermeiden und eine Kanalanordnung zu schaffen, die trotz einer Ventilanordnung mehr oder weniger parallel zur Motorachse eine optimale Drallerzeugung erlaubt und eine seitliche Zuführung der Einlaßkanäle ermöglicht.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to provide a channel arrangement which, despite a valve arrangement more or less parallel to the motor axis, allows optimum swirl generation and enables lateral supply of the inlet channels.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Flanschfläche des zweiten Einlaßkanales sowohl zur Zylinderkopfdichtebene als auch zur durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene geneigt ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Flanschfläche des zweiten Einlaßkanales mit der Motorlängsebene einen Winkel zwischen 30° und 80°, vorzugsweise einen Winkel zwischen 40° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel zwischen 50° und 60° einschließt.According to the invention, this is achieved in that the flange surface of the second inlet duct is inclined both to the cylinder head sealing plane and to the longitudinal engine plane spanned by the cylinder axes. It is preferably provided that the flange surface of the second inlet duct includes an angle between 30 ° and 80 °, preferably an angle between 40 ° and 70 °, particularly preferably an angle between 50 ° and 60 ° with the engine longitudinal plane.

Infolge der damit erreichten Freizügigkeit bei der Anordnung der drallerzeugenden Kanäle können optimale Verhältnisse bezüglich Drall und Strömung bei seitlicher Zuführung der Einlaßkanäle erreicht werden.As a result of the freedom of movement thus achieved in the arrangement of the swirl-generating channels, optimal swirl and flow conditions can be achieved with lateral supply of the inlet channels.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flanschfläche des ersten und des zweiten Einlaßkanales in einer gemeinsamen Flanschebene liegen. Dadurch kann ein einfaches, trotzdem günstiges und raumsparendes Einlaßröhrenwerk konzipiert werden.In a preferred embodiment variant of the invention it is provided that the flange surface of the first and second inlet channels lie in a common flange plane. This allows a simple, yet inexpensive and space-saving inlet tube assembly to be designed.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist weiters vorgesehen, daß der zweite Einlaßkanal eine durch zumindest eine Zylinderkopfschraubenachse im Bereich zwischen zwei benachbarten Zylindern verlaufende Motorquerebene schneidet. Der zweite Einlaßkanal wird dabei schraubenförmig um die Zylinderkopfschraube herumgeführt. Dadurch, daß der zweite Einlaßkanal dabei von der geneigten Flanschfläche ausgeht, ergibt sich ein größtmöglicher Krümmungsradius der Kanalmittellinie, sodaß Strömungsablösungen in jedem Fall vermieden werden können.In a particularly advantageous embodiment variant of the invention, it is further provided that the second inlet duct intersects an engine transverse plane running through at least one cylinder head screw axis in the area between two adjacent cylinders. The second inlet channel is guided helically around the cylinder head screw. The fact that the second inlet channel starts from the inclined flange surface results in the greatest possible radius of curvature of the channel center line, so that flow separations can be avoided in any case.

Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Einlaßkanäle von Bereichen der Flanschfläche ausgehen, welche sich - im Grundriß betrachtet - außerhalb der Zylinder befinden. Dies ermöglicht es, Einlaßkanäle und Nockenwellenanordnung unabhängig voneinander und ohne Eingehen eines Zielkonfliktes festzulegen.It is very advantageous if the inlet ducts start from regions of the flange surface which, viewed in plan, are located outside the cylinders. This makes it possible to define the intake ducts and the camshaft arrangement independently of one another and without entering into a conflict of objectives.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen Fig. 1 den Verlauf der Drallzahl Dz in Abhängigkeit von einem Bezugswinkel a, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 4, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in 3 AT 002 334 Ul1 shows the course of the swirl number Dz as a function of a reference angle α, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 4, FIG. 3 shows a section along the line III-III in 3 AT 002 334 Ul

Fig. 4 und Fig. 4 ein Ausfiihrungsbeispiel eines Zylinderkopfes gemäß der Erfindung in Draufsicht.4 and FIG. 4 show an exemplary embodiment of a cylinder head according to the invention in a top view.

In Fig. 1 ist die gemessene Drallzahl Dz in Abhängigkeit vom Winkel α dargestellt. Dabei ist der über der Zylinderbohrung 22 angeordnete Ventilmittelpunkt im Bereich der Mündung in den Brennraum mit 1 bezeichnet. Der Winkel α wird gebildet von der den Ventilmittelpunkt 1 und den Zylindermittelpunkt 2 verbindenden Geraden 21 einerseits, sowie dem vom Ventilmittelpunkt 1 ausgehenden Radius 20, der die Lage des ersten Spiralquerschnittes 3 festlegt, andererseits. Man kann das Maximum 4 der Drallzahl Dz bei einem Winkel α von knapp über 180° erkennen.1 shows the measured swirl number Dz as a function of the angle α. The valve center located above the cylinder bore 22 is designated 1 in the region of the mouth into the combustion chamber. The angle α is formed by the straight line 21 connecting the valve center 1 and the cylinder center 2, on the one hand, and the radius 20 starting from the valve center 1, which defines the position of the first spiral cross section 3, on the other hand. The maximum 4 of the swirl number Dz can be seen at an angle α of just over 180 °.

In den Fig. 2 und 3, welche Kanallängsschnitte durch die Einlaßkanäle 9 und 10 zeigen, sind die Achsen der Einlaßventile mit 5 und jene der Auslaßventile mit 6 bezeichnet. Sowohl der als Tangentialkanal ausgebildete erste Einlaßkanal 9, als auch der als Spiralkanal ausgebildete zweite Einlaßkanal 10 gehen von in einer gemeinsamen Flanschebene 12 liegende Flanschflächen 12a, 12b auf der der Auslaßseite gegenüberliegenden Seite des Zylinderkopfes 11 aus. Die Flanschfläche 12b ist dabei sowohl zur durch die Zylinderachsen 7 aufgespannten Motorlängsebene 8, als auch zur Zylinderkopfdichtebene 18 geneigt angeordnet. Die Flanschfläche 12b schließt dabei mit der Motorlängsebene 7 bzw. einer parallelen Ebene 7a im Ausfuh-rungsbeispiel einen Winkel ß von etwa 50° bis 60° ein. Mit γ ist ein Bezugswinkel zwischen der Flanschebene 12 und einer durch die Ventilachsen 5 aufgespannten, im Beispiel zur Motorlängsebene 8 leicht geneigten Ventilachsenebene 5 a bzw. einer dazu parallelen Ebene 5b bezeichnet. Der als Spiralkanal ausgebildete zweite Einlaßkanal 10 ist im Bereich des Nachbarzylinders so angeordnet, daß der Einlaßkanal 10 eine durch die Zylinderkopfschraubenachse 13 gelegte Motorquerebene 13a, welche etwa normal auf die Kurbelwellenachse verläuft, schneidet. Der zweite Einlaßkanal 10 ist dabei um eine Zylinderkopfschraubenbohrung 14 herumgefuhrt. In Kombination mit der geneigten Flanschfläche 12b wird erreicht, daß die Strömungsmittellinie 10a des zweiten Einlaßkanales einen relativ großen Krümmungsradius beschreibt und der Einlaßkanal 10 in einem zum Erreichen einer optimalen Drallzahl Dz maßgeblichen Winkel α von ca. 180° in die Einlaßspirale 10b einmündet. Die Strömungslinie des ersten Einlaßkanales ist mit 9a bezeichnet.2 and 3, which show longitudinal sections through the inlet channels 9 and 10, the axes of the inlet valves are denoted by 5 and those of the outlet valves by 6. Both the first inlet channel 9, which is designed as a tangential channel, and the second inlet channel 10, which is designed as a spiral channel, start from flange surfaces 12a, 12b located in a common flange plane 12 on the side of the cylinder head 11 opposite the outlet side. The flange surface 12b is arranged inclined both to the longitudinal engine plane 8 spanned by the cylinder axes 7 and to the cylinder head sealing plane 18. The flange surface 12b encloses an angle β of approximately 50 ° to 60 ° with the motor longitudinal plane 7 or a parallel plane 7a in the exemplary embodiment. Γ denotes a reference angle between the flange plane 12 and a valve axis plane 5a spanned by the valve axes 5, which in the example is slightly inclined to the engine longitudinal plane 8, or a plane 5b parallel thereto. The second inlet duct 10, which is designed as a spiral duct, is arranged in the region of the adjacent cylinder in such a way that the inlet duct 10 intersects an engine transverse plane 13a, which is laid through the cylinder head screw axis 13 and runs approximately normal to the crankshaft axis. The second inlet duct 10 is guided around a cylinder head screw bore 14. In combination with the inclined flange surface 12b, it is achieved that the fluid line 10a of the second inlet duct describes a relatively large radius of curvature and the inlet duct 10 opens into the inlet spiral 10b at an angle α of approximately 180 ° which is decisive for achieving an optimal number of swirls Dz. The flow line of the first inlet channel is designated 9a.

Mit 6a ist die Lage der Auslaßkanalmündungen, mit 5a die Lage der Einlaßkanalmündungen in den Brennraum angedeutet.The position of the outlet channel mouths is indicated by 6a, the position of the inlet channel mouths in the combustion chamber by 5a.

Alternativ zu dem als Tangentialkanal ausgelegten ersten Einlaßkanal 9 kann dieser auch als Neutral- oder Spiralkanal gestaltet sein. 4As an alternative to the first inlet channel 9 designed as a tangential channel, this can also be designed as a neutral or spiral channel. 4th

Claims (6)

AT 002 334 Ul ANSPRÜCHE 1. Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, mit zwei zu jeweils einem Einlaßventil führenden, drallerzeugend ausgeführten Einlaßkanälen (9, 10) pro Zylinder (22), wobei der erste Einlaßkanal (9) vorzugsweise als Tangentialkanal und der zweite Einlaßkanal (10) als Spiralkanal ausgebildet ist und beide Einlaßkanäle (9, 10) von auf einer Seite des Zylinderkopfes (11) angeordneten Flanschflächen (12a, 12b) ausgehen, und wobei die Ventilachsen (5) der Einlaßventile etwa parallel zueinander ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) sowohl zur Zylinderkopfdichtebene (18) als auch zur durch die Zylinderachsen (7) aufgespannten Motorlängsebene (8) geneigt ist.AT 002 334 Ul CLAIMS 1. Multi-cylinder internal combustion engine with internal mixture formation, with two inlet ducts (9, 10) per cylinder (22) leading to an inlet valve each, the first inlet duct (9) preferably as a tangential duct and the second inlet duct ( 10) is designed as a spiral channel and both inlet channels (9, 10) extend from flange surfaces (12a, 12b) arranged on one side of the cylinder head (11), and the valve axes (5) of the inlet valves are approximately parallel to one another, characterized in that that the flange surface (12b) of the second inlet duct (10) is inclined both to the cylinder head sealing plane (18) and to the longitudinal engine plane (8) spanned by the cylinder axes (7). 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) mit der Motorlängsebene (8) einen Winkel (ß) zwischen 30° und 80°, vorzugsweise einen Winkel (ß) zwischen 40° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel (ß) zwischen 50° und 60° einschließt.2. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the flange surface (12b) of the second inlet channel (10) with the longitudinal engine plane (8) an angle (β) between 30 ° and 80 °, preferably an angle (β) between 40 ° and 70 °, particularly preferably an angle (β) between 50 ° and 60 °. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschflächen (12a, 12b) des ersten und zweiten Einlaßkanales (9,10) in einer gemeinsamen Flanschebene (12) liegen.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the flange surfaces (12a, 12b) of the first and second inlet channels (9, 10) lie in a common flange plane (12). 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaßkanal (10) eine durch zumindest eine Zylinderkopfschraubenachse (13) im Bereich zwischen zwei benachbarten Zylindern (22) verlaufende Motorquerebene (13a) schneidet.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second inlet duct (10) intersects an engine transverse plane (13a) which extends through at least one cylinder head screw axis (13) in the region between two adjacent cylinders (22). 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (9, 10) von Bereichen der Flanschfläche (12b) ausgehen, welche sich -im Grundriß betrachtet - außerhalb der Zylinder (22) befinden.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inlet channels (9, 10) extend from areas of the flange surface (12b), which - viewed in plan - are outside the cylinder (22). 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschfläche (12b) des zweiten Einlaßkanales (10) zu einer durch die Einlaßventilachsen (5) aufgespannten Ebene (5a) einen Winkel (γ) zwischen 40° und 80°, vorzugsweise zwischen 50° und 70°, besonders vorzugsweise einen Winkel (γ) von etwa 60° einschließen. 56. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flange surface (12b) of the second inlet channel (10) to a plane spanned by the inlet valve axes (5) (5a) an angle (γ) between 40 ° and 80 ° , preferably between 50 ° and 70 °, particularly preferably include an angle (γ) of about 60 °. 5
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