AT500713B1

AT500713B1 - Internal combustion engine e.g. for motor vehicle, has cylinder head inlet port and injection device per cylinder extends into combustion chamber and top wall of chamber provided injector pocket in mouth of injection device

Info

Publication number: AT500713B1
Application number: AT0140504A
Authority: AT
Inventors: Dirk Dipl Ing Denger; Paul Dr Kapus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-11-15
Also published as: AT500713A1

Abstract

The engine has a cylinder head (1) with an inlet port (4) and an injection device (6) per cylinder (2), which extends into the combustion chamber. The top wall (22) of the combustion chamber is provided with an injector pocket (7) in the area of the mouth (6a) of the injection device (6). A scavenging duct arrangement (10) extends into the injector pocket. The scavenging duct arrangement is arranged in the range of a surface (13) of a cover of the cylinder head (1) formed combustion chamber.

Description

2 AT 500 713 B12 AT 500 713 B1

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei in einen Brennraum mündenden Einlasskanälen pro Zylinder, mit pro Einlasskanal einen im Bereich der Mündung angeordneten Ventilsitz, wobei die Mündungen zum Teil durch eine durch einen Materialvorsprung der Brennraumdeckfläche gebildete Maskierung umgeben sind, wobei 5 die Profillinie der Maskierung zumindest einer Mündung zwischen einer ansteigenden und einer . abfallenden Flanke einen flachen Hauptbereich mit maximaler Höhe aufweist und in einer Mantelabwicklung asymmetrisch ausgebildet ist.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine having at least two inlet channels opening into a combustion chamber per cylinder, with per inlet channel arranged in the region of the mouth valve seat, the mouths are surrounded in part by a formed by a material projection of the combustion chamber top surface masking, wherein the Profile line of the masking of at least one mouth between a rising and a. sloping flank has a flat main area with maximum height and is formed asymmetrically in a Mantelabwicklung.

Aus der EP 0 764 770 B1 ist ein Zylinderkopf bekannt, welcher im Bereich der Mündungen der io Einlasskanäle in den Brennraum teilweise eine Maskierung aufweist, wobei die Wände der Einlasskanäle auf einer Seite der Mündung derart ausgebildet sind, dass sie den Strömungsquerschnitt bei geringem Hub des Einlassventils in einem Winkelbereich von etwa 180° verengen. Dadurch entsteht im Schwachlast- bzw. Teillastbetrieb eine Tumble-Strömung, die von den Einlasskanälen ausgeht. 15EP 0 764 770 B1 discloses a cylinder head which partially has a masking in the region of the mouths of the inlet channels into the combustion chamber, wherein the walls of the inlet channels are formed on one side of the mouth in such a way that they cover the flow cross section at a small stroke of the mouth Narrow inlet valve in an angular range of about 180 °. This creates a tumble flow in low-load or partial-load operation, which starts from the inlet ducts. 15

Die US 4,974,566 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei in den Zylinder einmündende Einlasskanäle, deren Wände derart gestaltet sind, dass bei kleinen Ventilhüben der der Strömung durch die Einlasskanäle zur Verfügung stehende Einströmquerschnitt in einen Winkelbereich um die Bewegungsachse der Einlassventile herum derart gezielt verengt ist, dass bei 20 kleinen Ventilhüben eine Tumble-Strömung erzeugt wird. Bei großen Ventilhüben hingegen steht um den gesamten Umfang der Ventile ein Einströmquerschnitt zur Verfügung, der eine gute Füllung des Zylinders ermöglicht. Im Teillastbereich wird die Brennkraftmaschine mit kleinem Ventilhub betrieben, so dass in Folge der ausgeprägten Tumble-Strömung gute thermodynamische Brennbedingungen herrschen. Im Bereich großer Lasten wird die Brennkraftmaschine 25 mit vollen Ventilhüben betrieben, wodurch ausreichende Füllung und Drehmoment erzielt wird.US 4,974,566 A discloses an internal combustion engine with two inlet ducts opening into the cylinder, whose walls are designed in such a way that with narrow valve strokes the inflow cross section available for the flow through the inlet ducts is narrowed in a targeted manner over the axis of movement of the inlet valves at 20 small valve lifts a tumble flow is generated. In the case of large valve strokes, on the other hand, an inflow cross-section is available around the entire circumference of the valves, which allows a good filling of the cylinder. In the partial load range, the internal combustion engine is operated with a small valve lift, so that good thermodynamic firing conditions prevail as a result of the pronounced tumble flow. In the area of high loads, the internal combustion engine 25 is operated with full valve strokes, whereby sufficient filling and torque is achieved.

Die US 6,276,330 B1 offenbart einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit zwei in einen Brennraum mündende Einlasskanälen pro Zylinder. Beide Mündungen sind zum Teil durch eine durch einen Materialvorsprung der Brennraumdeckfläche gebildete Maskierung 30 umgeben. Die Maskierung ist im Wesentlichen zwischen Ein- und Auslassventilen ausgebildet.US Pat. No. 6,276,330 B1 discloses a cylinder head for an internal combustion engine with two intake ports per cylinder opening into a combustion chamber. Both orifices are partially surrounded by a masking 30 formed by a material projection of the combustion chamber top surface. The masking is essentially formed between inlet and outlet valves.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zylinderkopf zu schaffen, mit welchem die Brennbedingungen insbesondere im Teillastbereich verbessert und Emisisionen weiter reduziert werden können. 35The object of the invention is to provide a cylinder head, with which the firing conditions improved, especially in the partial load range and emissions can be further reduced. 35

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass pro Mündung eine etwa durch die Mitte des Hauptbereiches der Maskierung verlaufende Hauptachse mit einer durch die Mündungsmitten aufgespannten Bezugsgeraden einen Ausrichtungswinkel von etwa 120° bis 70°, vorzugsweise zwischen 80° bis 110° aufspannt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die dem Brennraum-40 rand näher liegende Flanke der Profillinie eine kleinere Steigung aufweist, als die der Brennraummitte näherliegenden Flanke. Die Einlassströmung kann somit gezielt in einen zentralen Zylinderbereich unter Ausbildung einer Tumble-Strömung in Kolbenachsrichtung geleitet werden. 45 Versuche haben ergeben, dass eine besonders hohe Verbrennungsstabilität erreicht werden kann, wenn sich die Maskierung pro Mündung über einen um die Mündungsmitte gemessenen Winkel von etwa 120° bis 210°, vorzugsweise zwischen 160° bis 180° erstreckt.According to the invention, this is achieved by providing an alignment angle of approximately 120 ° to 70 °, preferably between 80 ° to 110 °, per mouth for a main axis extending approximately through the middle of the main area of the masking with a reference straight line spanned by the mouth centers. It is particularly advantageous if the edge of the profile line closer to the combustion chamber 40 has a smaller pitch than the flank closer to the combustion chamber center. The inlet flow can thus be selectively directed into a central cylinder region with the formation of a tumble flow in Kolbenachsrichtung. 45 tests have shown that a particularly high combustion stability can be achieved if the masking per mouth extends over an angle of about 120 ° to 210 °, preferably between 160 ° to 180 °, measured around the center of the mouth.

Die Höhe der Maskierung wird so gewählt, dass bei teilweisem Ventilhub die Mündung jedes so Einlasskanals seitlich auf der Einlassseite abgedeckt ist. Bei vollem Ventilhub hingegen überragt das Einlassventil die Maskierung, wodurch der volle Einlassquerschnitt zur Verfügung steht. Die Höhe der Maskierung beträgt dabei etwa 1,2 mm bis 3,5 mm, vorzugsweise 1,6 mm bis 2,5 mm, besonders vorzugsweise 1,6 mm bis 2,2 mm. Um eine zu starke Drosselung der Einlassströmung insbesondere im Volllastbetrieb zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn zwi-55 sehen der Maskierung und dem Teller des Hubventils eine Freistellung ausgebildet ist, welche 3 AT 500 713 B1 vorzugsweise maximal ein Viertel der Höhe der Maskierung beträgt.The height of the masking is chosen so that at partial valve lift, the mouth of each such inlet channel is covered laterally on the inlet side. On the other hand, when the valve is fully open, the inlet valve protrudes beyond the masking, so that the full inlet cross-section is available. The height of the masking is about 1.2 mm to 3.5 mm, preferably 1.6 mm to 2.5 mm, particularly preferably 1.6 mm to 2.2 mm. In order to avoid an excessive throttling of the inlet flow, in particular in full-load operation, it is advantageous if an exemption is formed between the mask and the plate of the lifting valve, which is preferably at most a quarter of the height of the masking.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Tiefe der Einspritzmulde maximal etwa der Höhe der Maskierung entspricht. Dadurch, dass die Ein-5 spritzmündung im Bereich einer Einspritzmulde der Maskierung angeordnet ist, kann die Einspritzdüse relativ tief in den Brennraum hineinragend positioniert werden. Die Tiefe der Einspritzmulde entspricht dabei maximal etwa der Höhe der Maskierung. Weiters ist es vorteilhaft, wenn die Einspritzmulde von der Wand der Maskierung beabstandet ist, wobei der Abstand zumindest 1 mm beträgt. Durch den Mindestabstand zwischen Einspritzmulde und Wand der io Maskierung wird eine nachteilige Beeinflussung der Einlassströmung vermieden.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the depth of the injection recess corresponds at most approximately to the height of the masking. Characterized in that the injection port is arranged in the region of an injection recess of the masking, the injection nozzle can be positioned projecting relatively deep into the combustion chamber. The depth of the injection recess corresponds to a maximum of about the height of the masking. Furthermore, it is advantageous if the injection recess is spaced from the wall of the masking, wherein the distance is at least 1 mm. Due to the minimum distance between the injection recess and the wall of the masking, a disadvantageous influence on the inlet flow is avoided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.

Es zeigen Fig. 1 eine Mantelabwicklung der Profillinie der Maskierung für eine Mündung eines 15 Einlasskanals, Fig. 2 den erfindungsgemäßen Zylinderkopf in einer Draufsicht auf die Brennraumdeckfläche, Fig. 3 die Mündungen zweier Einlasskanäle des Zylinderkopfes in einer Schrägansicht, Fig. 4 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2 und Fig. 5 die Maskierung in einem Detailschnitt analog zu Fig. 4. 20 Ein Zylinderkopf 1 weist pro Zylinder 2 zwei Einlasskanäle 3 auf, welche in einen Brennraum 4 einmünden. Die Mündungen 5 der Einlasskanäle 3 sind zumindest teilweise von einer durch den Zylinderkopf 1 gebildeten Maskierung 6 umgeben, welche sich auf der Einlassseite zwischen den Mündungen 5 beider Einlasskanäle 3 und dem Brennraumrand 7 erstrecken. Die Maskierung 6 hat die Aufgabe, die Tumble-Einlassströmung zu verstärken und gezielt auf eine 25 Brennraumseite zu leiten.2 shows the cylinder head according to the invention in a plan view of the combustion chamber cover surface, FIG. 3 shows the mouths of two inlet channels of the cylinder head in an oblique view, a mask according to the line IV-IV in Fig. 2 and Fig. 5, the masking in a detail section analogous to Fig. 4. 20 A cylinder head 1 has per cylinder 2, two inlet channels 3, which open into a combustion chamber 4. The orifices 5 of the inlet channels 3 are at least partially surrounded by a masking 6 formed by the cylinder head 1, which extend on the inlet side between the mouths 5 of both inlet channels 3 and the combustion chamber edge 7. The mask 6 has the task to amplify the tumble inlet flow and to direct targeted to a combustion chamber side.

In Fig. 1 ist in einer Mantelabwicklung einer Wand 8 der Maskierung 6 einer Mündung 5 die Profillinie 8 dargestellt. Die Profillinie weist zwischen zwei Flanken 9, 10 einen Hauptbereich 11 mit maximaler Höhe h auf. Die Profillinie 8 der Maskierung 6 ist dabei asymmetrisch ausgeführt, 30 wobei eine der beiden Flanken 10, und zwar die dem Zylinderrand 7 am nächsten befindliche Flanke 9, 10, eine durch den Steigungswinkel ö2 definierte kleinere Steigung aufweist, als die der Zylindermitte 12 näherliegende Flanke 9. Der Steigungswinkel der Endflanke 9 ist mit Ö! bezeichnet. 35 Der Hauptbereich 11 der Wand 13 der Maskierung 6 erstreckt sich über einen Umschlingungswinkel α um die Mündungsmitte 14 von etwa 120° bis 210°, wobei die besten Ergebnisse in einem Winkelbereich von etwa 160° bis 190° erzielt werden.In Fig. 1, the profile line 8 is shown in a Mantelabwicklung a wall 8 of the masking 6 a mouth 5. The profile line has between two flanks 9, 10 a main area 11 with maximum height h. The profile line 8 of the masking 6 is designed asymmetrically, wherein one of the two flanks 10, namely the flank 9, 10 closest to the cylinder edge 7, has a smaller pitch defined by the pitch angle δ 2 than the flank closer to the cylinder center 12 9. The slope angle of the trailing edge 9 is with Ö! designated. The main region 11 of the wall 13 of the masking 6 extends over a wrap angle α around the mouth center 14 of approximately 120 ° to 210 °, the best results being achieved in an angular range of approximately 160 ° to 190 °.

Die Ausrichtung 15 der Maskierung 6 wird durch eine durch die Mitte M des Hauptbereiches 11 40 der Wand 13 und der Ventilmitte 14 gelegte Hauptachse 15 definiert. Ein Ausrichtungswinkel ß, welcher zwischen der Hauptachse 15 und einer durch die Mündungsmitten 14 aufgespannten Bezugsgeraden 16 gebildet ist, beträgt etwa zwischen 70° und 120°, vorzugsweise zwischen 80° und 110°. Dadurch wird eine optimal ausgebildete Tumble-Strömung und eine besonders gute Gemischaufbereitung erreicht. 45The orientation 15 of the mask 6 is defined by a major axis 15 defined by the center M of the main portion 11 40 of the wall 13 and the valve center 14. An orientation angle β, which is formed between the main axis 15 and a reference straight line 16 spanned by the mouth centers 14, is approximately between 70 ° and 120 °, preferably between 80 ° and 110 °. As a result, an optimally formed tumble flow and a particularly good mixture preparation is achieved. 45

Mit Bezugszeichen 17 sind die Mündungen der Auslasskanäle bezeichnet.Reference numeral 17 designates the mouths of the outlet channels.

Auf der Einlassseite ist zwischen den Mündungen 5 der Einlasskanäle 3 in die Maskierung 6 eine Einspritzmulde 18 eingeformt, welche zur Wand 13 einen Abstand a von mindestens 1 mm so aufweist, und in welche die Symmetrieachse 19a des Einspritzventils 19 unter einem Winkel γ zwischen 20° und 30° zur Zylinderkopfebene 21 einmündet. Wesentlich ist, dass der Strahlkegel 27b des Einspritzstrahles 27 deutlich von der Brennraumdecke 22 und der Zylinderwand beabstandet ist. Die Mittellinie 27a des Einspritzstrahles 27 kann bezüglich der Symmetrieachse 19a des Einspritzventils 19 auch leicht geneigt sein. Der Winkel ε zwischen der Symmetrieachse se 27a des Einspritzstrahles 27 und der Brennraumdecke 22 beträgt etwa 33° bis 40°. DurchOn the inlet side, an injection recess 18 is formed between the mouths 5 of the inlet channels 3 in the masking 6, which has a distance a of at least 1 mm to the wall 13, and in which the axis of symmetry 19a of the injection valve 19 at an angle γ between 20 ° and 30 ° to the cylinder head plane 21 opens. It is essential that the jet cone 27b of the injection jet 27 is clearly spaced from the combustion chamber ceiling 22 and the cylinder wall. The center line 27a of the injection jet 27 may also be slightly inclined with respect to the symmetry axis 19a of the injection valve 19. The angle ε between the axis of symmetry se 27a of the injection jet 27 and the combustion chamber ceiling 22 is about 33 ° to 40 °. By

Claims

4 AT 500 713 B1 this arrangement, the injector 20 can be positioned very far reaching into the combustion chamber 4, whereby a precise fuel injection allows and wetting of the combustion chamber top surface 22, the opposite combustion chamber wall and the intake valves 23 is avoided. The maximum height h of the masking 6 is approximately between 1.2 mm and 3.5 mm and is dimensioned such that, in the case of a partial lift of the inlet valve 23, the inlet opening between the valve disk 24 and the valve seat 25 is essentially formed except for one formed by an exemption 26 Gap s is covered laterally. The gap s may be between 0.2 mm to 0.6 mm, preferably at most about one quarter of the height h of the mask 6. If the valve lift hv of the inlet valve 23 exceeds a stroke of about 2 mm, then the inlet opening is also released on the side of the masking 6, whereby a maximum filling, in particular at full load, is possible. In Fig. 5 is indicated by dashed lines that maximum valve lift of the inlet valve 23, wherein the inlet gap formed between the valve plate 24 and the valve seat 15 15 is covered by the mask 6 just yet. With e half the height of the valve head edge is designated. In the illustrated position, the inlet valve 23 projects beyond the masking in the amount e. The height h of the masking is thus the predefined valve lift hv plus half the height e of the valve disk rim. It is particularly advantageous if the cylinder head 1 is equipped with a device for carrying out a fully variable valve lift, whereby the advantages of the masking 6 are fully realized. Cylinder head (1) for an internal combustion engine with at least two in a combustion chamber (4) opening inlet channels (3) per cylinder, with per inlet channel (3) in the region of the mouth (5) arranged valve seat (25), wherein the orifices (5) are surrounded in part by a masking (6) formed by a material projection of the combustion chamber cover surface (22), the profile line (8) of the masking (6) of at least one orifice (5) between a rising edge and a falling edge (9, 10) has a flat main area (11) with maximum height (h) and is formed asymmetrically in a jacket development, characterized in that per mouth (5) approximately through the center 35 (M) of the main area (11) of Masking (6) extending main axis (15) spans with an established by the mouth centers (14) reference line (16) an orientation angle (ß) of about 120 ° to 70 °, preferably between 80 ° to 110 °.

2. Cylinder head (1) according to claim 1, characterized in that rising and abla- flanking flanks (9, 10) of the profile line (8) have different slopes.

3. Cylinder head (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the combustion chamber edge (7) closer flank (10) of the profile line (8) has a smaller pitch (δ2) than the combustion chamber center (12) nearer flank (9). 45

4. Cylinder head (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the masking (6) per orifice (5) over a center of the mouth (14) measured angle (a) of about 120 ° to 210 °, preferably extends between 160 ° to 180 °. 5. Cylinder head (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the height (h) of the masking (6) about 1.2 mm to 3.5 mm, preferably 1.6 mm to 2.5 mm , Particularly preferably 1.6 mm to 2.2 mm.

6. Cylinder head (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the mask (6) and the plate (24) of the lifting valve (23) an exemption <26) 55 5 AT 500 713 B1 is formed, which is preferably at most a quarter of the height (h) of the mask (6).

7. Cylinder head (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the region 5 of the mask (6) between the orifices (5) an injection device (19) opens, wherein in the region of the injector (20) the masking ( 6) has an injection recess (18).

8. Cylinder head (1) according to claim 7, characterized in that the depth of the injection io trough maximum about the height (h) of the masking (6).

9. Cylinder head (1) according to claim 7 or 8, characterized in that the injection recess (18) from the wall (13) of the masking (6) is spaced, wherein the distance (a) is at least 1 mm. 15 For 2 sheets of drawings 20 25 30 35 40 45 50 55