AT402326B - CYLINDER HEAD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
AT 402 326 BAT 402 326 B
Die Erfindung bezieht sich auf einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßventilen je Zylinder, wobei die zu den Einlaßventilen führenden Einlaßkanäle auf der selben Zylinderlängsseite angeordnet sind und die beiden Einlaßkanäle im Anschlußbereich des Saugrohres knapp nebeneinander münden und einer der Einlaßkanäle mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden sich über die gesamte 5 Kanalhöhe erstreckenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilkanäle ausbildet, die sich im Bereich des Einlaßventils wieder vereinigen und der zweite Einlaßkanal und der diesem zugewendete Teilkanal des ersten Einlaßkanals gemeinsam mit einer Regelklappe od. dgl. im Durchfluß regelbar sind, wobei die Regelklappe od. dgl. in Schließstellung die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanals und des diesem zugewendeten Teilkanals des ersten Einlaßkanals abdeckt 70 Es sind Zylinderköpfe bekannt, bei welchen eines der Einlaßventile so ausgebildet ist, daß die Zylinderladung einen Drall erhält. Erreicht wird dies dadurch, daß der zugehörige Einlaßkanal als sogenannter Drallkanal (Spiral- oder Tangentialkanal) ausgebildet wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei Vollast und/oder hoher Drehzahl der Brennkraftmaschine die angestrebte optimale Füllung des Zylinders auf Kosten der Drallerzeugung, welche in diesem Betriebsbereich gar nicht erwünscht ist, nicht erreicht wird. 75 Für die Anwendung, vor allem bei Mager-Ottomotoren LKW-Motoren (Bohrung z.B. 130 mm), ist für deren Verbrennungsverfahren bei Vollast und/oder hoher Drehzahl kein Drall, jedoch optimale Füllung erforderlich, für niedrige Last jedoch ist ein leichter Drall erwünscht, der die Rauchemission deutlich senken kann. Für die niedrige Last wiederum ist die Füllung von geringer Bedeutung.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with two intake valves per cylinder, the intake ports leading to the intake valves being arranged on the same longitudinal side of the cylinder and the two intake ports opening just next to one another in the connection area of the intake manifold and one of the intake ports having one running in its longitudinal direction is provided over the entire 5 channel height dividing wall, which forms two sub-channels, which reunite in the area of the inlet valve and the second inlet channel and the sub-channel facing the first inlet channel can be regulated together with a control valve or the like in the flow, whereby the control flap or the like. In the closed position covers the orifices of the second inlet duct and the sub-duct of the first inlet duct facing it. Cylinder heads are known in which one of the inlet valves is designed such that the cyl gets a twist. This is achieved in that the associated inlet duct is designed as a so-called swirl duct (spiral or tangential duct). This has the disadvantage that at full load and / or high speed of the internal combustion engine the desired optimal filling of the cylinder is not achieved at the expense of swirl generation, which is not desirable in this operating range. 75 For the application, especially for lean gasoline engines truck engines (bore eg 130 mm), their combustion process at full load and / or high speed requires no swirl, but optimum filling is required, but a slight swirl is desired for low loads, that can significantly reduce smoke emissions. For the low load, the filling is of little importance.
Aus der DE 36 19 550 A1 ist ein Zylinderkopf der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der erste 20 Einlaßkanal als drallerzeugender Kanal ausgebildet ist und die Trennwand vor dem Ventilraum einen die beiden Teilkanäle verbindenden Durchbruch aufweist. Durch Störung des erzeugten Dralles durch den durch die Trennwand vom schraubenförmigen Ansaugkanal abgegrenzten Kanal wird eine gewisse Drallregelung erreicht. Nachteilig ist dabei allerdings, daß im drallosen bzw. drallgestörten Fall der Durchfluß nicht optimal ist. 25 Ein ähnlicher Zylinderkopf mit zwei Einlaßventilen und zwei relativ kurzen Einlaßkanälen, von denen einer drallerzeugend ausgeführt ist, ist aus der EP 0 173 014 A2 bekannt. Dabei zweigt von dem nicht drallerzeugend ausgebildeten Einlaßkanal eine Bypaßleitung ab und mündet in den Ventilraum des drallerzeugend ausgebildeten Kanales. Mit einer Regelklappe kann der Durchfluß des nicht drallerzeugenden Kanales und der Bypaßleitung geregelt werden. Durch diese Anordnung ist in ähnlicher Weise wie bei der 30 DE 36 19 550 A1 durch Störung des Dralles eine Drallregelung möglich.From DE 36 19 550 A1 a cylinder head of the type mentioned is known, in which the first 20 intake duct is designed as a swirl-generating duct and the partition wall in front of the valve chamber has an opening connecting the two sub-ducts. By disturbing the swirl generated by the channel delimited by the partition from the helical suction channel, a certain swirl control is achieved. It is disadvantageous, however, that the flow is not optimal in the case of a twistless or twisty case. 25 A similar cylinder head with two intake valves and two relatively short intake ports, one of which is designed to generate swirl, is known from EP 0 173 014 A2. In this case, a bypass line branches off from the non-swirling inlet duct and opens into the valve chamber of the swirling duct. The flow of the non-swirling duct and the bypass line can be regulated with a control flap. This arrangement enables swirl control in a manner similar to that in 30 DE 36 19 550 A1 by disturbing the swirl.
Aus der EP 0 258 207 A2 ist ein Zylinderkopf für eine zweiventilige Brennkraftmaschine bekannt geworden, bei welchem der Einlaßkanal mit einer in seiner Längsrichtung verlaufenden Trennwand versehen ist, welche zwei Teilströme ausbildet, die sich im Ventilbereich wieder vereinigen. Dabei ist im Saugrohrbereich, kurz vor dessen Anschluß an den Einlaßkanal, einer der beiden Kanalteile mit einer 35 Regelklappe verschließbar. Wird für Teillast bzw. niedrige Drehzahl eine drallbehaftete Strömung gewünscht, so wird der eine Kanalteil mit der Regelklappe im Durchfluß geregelt. Die unsymmetrische Einströmung durch den ungeregelten Kanalteil ergibt die in diesem Betriebsbereich gewünschte Drallströmung. Soll hingegen bei Voilast die bestmögliche Füllung des Zylinders erreicht werden, so wird die Klappe vollständig geöffnet und damit der gesamte Kanalquerschnitt freigegeben. Bei dieser Einströmung 40 ergibt sich eine drallarme bzw. drallfreie Einströmung.From EP 0 258 207 A2 a cylinder head for a two-valve internal combustion engine has become known, in which the inlet duct is provided with a partition wall running in its longitudinal direction, which forms two partial flows which reunite in the valve area. One of the two duct parts can be closed with a control flap in the intake manifold area shortly before it is connected to the inlet duct. If a swirling flow is desired for part load or low speed, one channel part is regulated in the flow with the control flap. The asymmetrical inflow through the unregulated duct part gives the swirl flow desired in this operating range. If, on the other hand, the best possible filling of the cylinder is to be achieved with Voilast, the flap is opened completely and the entire channel cross-section is thus released. This inflow 40 results in a low-swirl or swirl-free inflow.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gleichartiges Verhalten bezüglich Drallerzeugung und Füllung bei einer Mehrventilanordnung vorzuschlagen. Es wird also ein Drallsystem angestrebt, das für eine Mehrventilanordnung anwendbar ist und ein niedrig liegendes Drallintervall überstreicht. Dabei sollen die Nachteile vorbekannter Systeme, deren Drallregelung auf dem Prinzip der Drallzerstörung beruht, vermieden werden. 45 Die Erfindung besteht darin, daß beide Einlaßkanäle als Füllungskanäle ausgebildet sind, deren Kanalwände eine drallfreie Strömung im Kanal selbst gewährleisten und sich die Trennwand von einer seitlichen Begrenzungs- und Anschlußfläche des Zylinderkopfes bis in den Ventilraum des Einlaßventiles erstreckt.The object of the invention is to propose a similar behavior with regard to swirl generation and filling in a multi-valve arrangement. The aim is therefore to achieve a swirl system which can be used for a multi-valve arrangement and which covers a low swirl interval. The disadvantages of previously known systems whose swirl control is based on the principle of swirl destruction are to be avoided. 45 The invention is that both inlet channels are designed as filling channels, the channel walls ensure a swirl-free flow in the channel itself and the partition extends from a lateral boundary and connecting surface of the cylinder head into the valve chamber of the intake valve.
Es wird hier mit einer einfachen Einrichtung für Teillast aufgrund einer Quasispiraleinströmung bei so einem Einlaßventil der gewünschte geringe Drall der Zylinderladung erzeugt. Die einströmende Luft wird durch die Trennwand auf eine Seite des Ventilschaftes, und zwar auf jene Seite, die von der Zylindermitte weiter entfernt ist, gelenkt und daher einerseits um den Ventilschaft zirkulieren und ähnlich wie bei einem Spiralkanal aus dem Ventilspalt drallbehaftet ausströmen. Andererseits wird die Luft, bedingt durch das einseitige Anströmen des Ventilraumes, aus diesem vor allem auf jener Seite des Ventiles ausströmen, die 55 von der Zylindermitte weiter entfernt ist, so daß im Zusammenwirken mit der Zylinderwand ebenfalls eine Drallströmung erzeugt wird.The desired low swirl of the cylinder charge is generated here with a simple device for partial load due to a quasi-spiral inflow with such an inlet valve. The incoming air is directed through the partition to one side of the valve stem, namely to the side that is further away from the center of the cylinder, and therefore on the one hand circulate around the valve stem and, like a spiral duct, flows out of the valve gap in a swirling manner. On the other hand, the air, due to the one-sided inflow of the valve chamber, will flow out of this primarily on that side of the valve which is 55 further away from the center of the cylinder, so that a swirl flow is also generated in cooperation with the cylinder wall.
Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann durch die Länge der Trennwand in Richtung Ventilschaft beeinflußt werden. 2The swirl desired in the partial load range can be influenced by the length of the partition in the direction of the valve stem. 2nd
AT 402 326 BAT 402 326 B
Sind beide Einlaßkanäle voll geöffnet, so werden optimale Füllungseigenschaften erreicht und der resultierende Drall wird null oder nahezu null sein.If both inlet channels are fully opened, optimal filling properties will be achieved and the resulting swirl will be zero or almost zero.
Die Verwendung von zwei Einlaßkanälen mit Trennwand und je einer Abschlußklappe für einen Teilkanal wäre nicht zielführend, weil keine optimalen Füllungs- und Strömungsverhältnisse erreicht werden könnten und außerdem der hiefür nötige bauliche Aufwand zu groß wäre.The use of two inlet ducts with a partition and one end flap for a sub-duct would not be expedient because optimal filling and flow conditions could not be achieved and, in addition, the structural effort required for this would be too great.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schwenkachse der Regelklappe im Anschlußbereich des Saugrohres an die Trennwand Uber deren Höhe anschließen. Hiebei werden die Durchflußwerte praktisch nicht verschlechtert, weil die Regelklappe im ganz geöffneten Zustand strömungsgünstig eine Fortsetzung der Trennwand bildet.In a further embodiment of the invention, the pivot axis of the control flap in the connection area of the intake pipe can connect to the partition above its height. The flow values are practically not worsened because the control flap forms a continuation of the partition wall in the fully open state.
Weiterhin könnte die Regelklappe auch an der anderen Seite (der Außenseite) des Flansches angelenkt sein, um eine bessere Regelbarkeit des drallerzeugenden Kanales zu erreichen.Furthermore, the control flap could also be articulated on the other side (the outside) of the flange in order to achieve better controllability of the swirl-generating channel.
Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Schwenkachse der Regelklappe im Anschlußbereich des Saugrohres horizontal und samt Regelklappe in Offenstellung in einer Ausnehmung des Saugrohres versenkt angeordnet ist. Durch die Versenkung der geöffneten Regelklappe im Saugrohr werden die Strömungsverhältnisse bzw. die Füllungseigenschaften gegenüber einem Ansaugkanal ohne Klappe nicht verschlechtert. Insbesondere bei Mehrzylindermotoren kann sich eine einfache Betätigungseinrichtung für die Regelklappen ergeben, weil die Achsen der Regelklappen in Motorlängsrichtung liegen.In the context of the invention it can also be provided that the pivot axis of the control flap is arranged horizontally in the connection area of the intake manifold and sunk together with the control flap in the open position in a recess of the intake manifold. By sinking the open control flap in the intake manifold, the flow conditions and the filling properties are not deteriorated compared to an intake duct without a flap. In the case of multi-cylinder engines in particular, a simple actuating device for the control flaps can result because the axes of the control flaps lie in the longitudinal direction of the engine.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß zur Regelung der Durchflüsse durch den Zweiten Einlaßkanal und mindestens den diesem zugewendeten Teilkanal des Einlaßkanales ein im Anschlußbereich des Saugrohres quer zur Strömungsrichtung hin und herbewegbarer Schieber mit den Kanälen entsprechenden Ausschnitten vorgesehen ist.A further advantageous embodiment within the scope of the invention consists in that, in order to regulate the flows through the second inlet channel and at least the subchannel of the inlet channel facing it, a slider with the channels corresponding to the channels in the connection region of the intake pipe is provided, which can be moved back and forth.
Der im Teillastbereich erwünschte Drall kann auf einfache Weise dadurch festgelegt werden, daß die Richtung der Trennwand im Bereich nahe dem zugehörigen Einlaßventil mit der Verbindungslinie zwischen der Zylindermitte und zugehöriger Ventilmitte einen Winkel Φ von 45 * bis 90' einschließt.The swirl desired in the part-load range can be determined in a simple manner by the fact that the direction of the partition wall in the area near the associated inlet valve includes an angle Φ of 45 * to 90 'with the connecting line between the cylinder center and the associated valve center.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Schnitt senkrecht zur Zylinderachse, Fig. 2 eine Ansicht entsprechend den Pfeilen II in Fig. 1 und die Fig. 3 bis 5 je ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The invention is explained below with reference to the drawing. 1 shows an embodiment according to the invention in a section perpendicular to the cylinder axis, FIG. 2 shows a view according to arrows II in FIG. 1 and FIGS. 3 to 5 each show another embodiment according to the invention. The same parts are provided with the same reference numerals.
Von der vorzugsweise mehrzylindrigen Viertakt-Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 eine Zylinderbohrung 1 sowie ein Zylinderkopf 2 dargestellt. Die Zylindermitte bzw. die Zylinderachse ist mit 3 bezeichnet. Im Bilde links von der Zylinderachse 3 sind zwei Einlaßventile 4 und 5 vorgesehen, deren Achsen 4' bzw. 5' eine Ebene 6 bestimmen, die parallel zur seitlichen Begrenzungsfläche 7 des Zylinderkopfes 2 angeordnet ist. Die beiden Auslaßventile sind mit 9 bzw. 10 und die zugehörigen Achsen mit 9' bzw. 10' bezeichnet. Die Auslaßkanäle sind, weil nicht erfindungswesentlich, im einzelnen nicht dargestellt.A cylinder bore 1 and a cylinder head 2 of the preferably multi-cylinder four-stroke internal combustion engine are shown in FIG. 1. The center of the cylinder or the cylinder axis is designated by 3. In the picture to the left of the cylinder axis 3, two intake valves 4 and 5 are provided, the axes 4 'and 5' of which determine a plane 6 which is arranged parallel to the lateral boundary surface 7 of the cylinder head 2. The two exhaust valves are designated 9 and 10 and the associated axes 9 'and 10'. The outlet ducts are not shown in detail because they are not essential to the invention.
Zum Einlaßventil 4 führt ein erster Einlaßkanal 13 mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt, in dessen Längsrichtung eine Trennwand 14 angeordnet ist, die sich von der seitlichen Begrenzungs- bzw. Anschlußfläche 7 bis in den Bereich des Einlaßventils 4 erstreckt. Durch diese Trennwand 14 wird der Einlaßkanal 13 in zwei Teilkanäle 13' und 13” geteilt, die sich im Bereich des Einlaßventiles 4 wieder vereinigen. Ein zweiter Einlaßkanal 15 mit ebenfalls im wesentlichen rechteckigem Querschnitt führt zum Einlaßventil 5. Während der Einlaßkanal 15 als echter Füllungskanal, also ohne Drallwirkung ausgebildet ist, kann durch die durch den Kanal 13" definierten Einströmverhältnisse eine vorbestimmte relativ geringe Drallwirkung erzielt werden. Die einströmende Luft wird durch die Trennwand 14 auf die von der Zylinderachse 3 weiter entfernte Seite des Ventilschaftes gelenkt und strömt den Ventilraum einseitig an, was im Zusammenwirken mit der Zylinderwand eine Drallströmung in Richtung des Pfeiles 11 erzeugt.A first inlet duct 13 with an essentially rectangular cross section leads to the inlet valve 4, in the longitudinal direction of which a partition wall 14 is arranged, which extends from the lateral boundary or connecting surface 7 into the area of the inlet valve 4. Through this partition 14, the inlet duct 13 is divided into two sub-ducts 13 ′ and 13 ″, which reunite in the region of the inlet valve 4. A second inlet duct 15, likewise of substantially rectangular cross-section, leads to the inlet valve 5. While the inlet duct 15 is designed as a real filling duct, that is to say without a swirl effect, through the duct 13 " defined inflow conditions, a predetermined relatively low swirl effect can be achieved. The inflowing air is directed through the partition wall 14 to the side of the valve stem which is further away from the cylinder axis 3 and flows onto the valve chamber on one side, which, in cooperation with the cylinder wall, produces a swirl flow in the direction of arrow 11.
Im Anschlußbereich des Saugrohres 18 ist an der Trennwand 14 eine Regelklappe 19, deren Schwenkachse 20 unmittelbar an die Trennwand 14 anschließt und parallel zur Zylindermitte 3 verläuft. Die Regelklappe 19 ist in Richtung des Pfeiles 21 in die gestrichelt eingezeichnete Stellung schwenkbar, in welcher sie die Mündungsöffnungen des zweiten Einlaßkanales 15 sowie des Teilkanales 13' des Einlaßkanals 13 abschließt. In dieser Stellung der Regelklappe 19 ist nur der Teilkanal 13” des Einlaßkanales 13 geöffnet, was einer Teillast der Brennkraftmaschine entspricht und wobei die einströmende Ladung einen gewissen vorbestimmten Drall erfährt. Dieser Drall kann einerseits durch den Winkel Φ und andererseits durch den Abstand von Trennwandvorderkante zum Ventilschaft festgelegt werden. Der Winkel Φ wird gebildet von der Verbindungslinie 16 zwischen der Zylindermitte 3 und der Ventilmitte 4’ und der durch die Linie 17 dargestellten Richtung der Trennwand 14 in ihrem ventilnahen Endbereich. In der voll gezeichneten Offenstellung der Regelklappe 19, welche der Vollast entspricht, sind hingegen die beiden Einlaßventile 4 und 5 voll beaufschlagt, wobei die Füllung des Zylinders 1 optimal und der Drall der Ladung im Zylinder Null oder nur geringfügig ist. Weder die Trennwand 14 noch die daran anschließende Regelklappe 19 ergeben dabei einen nennenswerten Einströmwiderstand. 3In the connection area of the intake manifold 18 there is a control flap 19 on the partition 14, the pivot axis 20 of which connects directly to the partition 14 and runs parallel to the cylinder center 3. The control flap 19 can be pivoted in the direction of the arrow 21 into the position shown in dashed lines, in which it closes the mouth openings of the second inlet channel 15 and the partial channel 13 'of the inlet channel 13. In this position of the control flap 19, only the partial duct 13 ”of the inlet duct 13 is opened, which corresponds to a partial load of the internal combustion engine and the inflowing charge experiences a certain predetermined swirl. This swirl can be determined on the one hand by the angle Φ and on the other hand by the distance from the front wall edge to the valve stem. The angle Φ is formed by the connecting line 16 between the cylinder center 3 and the valve center 4 ’and the direction of the partition wall 14 represented by the line 17 in its end region near the valve. In the fully drawn open position of the control flap 19, which corresponds to the full load, however, the two inlet valves 4 and 5 are fully acted upon, the filling of the cylinder 1 being optimal and the swirl of the charge in the cylinder being zero or only slight. Neither the partition 14 nor the adjoining control flap 19 result in a noteworthy inflow resistance. 3rd
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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UEP | Publication of translation of european patent specification | ||
REN | Ceased due to non-payment of the annual fee | ||
ELA | Expired due to lapse of time |