AT521714A1 - CYLINDER HEAD - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf, der einen Brennraum (6) einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung abschließt, wobei der Zylinderkopf zumindest einen Einlasskanal (5), einen Ventilsitzring (7) mit einer Sitzkante (8) und ein Einlassventil (1) aufweist, das in einer geschlossenen Stellung an der Sitzkante (8) anliegt und durch das eine Einlassöffnung (12) in den Brennraum (6) freigebbar ist, wobei in dem Einlasskanal (5) eine verschiebbare Leiteinrichtung angeordnet ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Verbrennung für Ottomotoren zu verbessern, wobei Sekundärströmungen reduziert oder eliminiert werden sollen. Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leiteinrichtung eine Blende (3) aufweist, die im Wesentlichen in einer Ebene (ε) parallel zur Sitzkante (8) verschiebbar ist, um eine Tumbleströmung zu erhalten.The invention relates to a cylinder head which closes off a combustion chamber (6) of an internal combustion engine, the cylinder head having at least one inlet duct (5), a valve seat ring (7) with a seat edge (8) and an inlet valve (1), which in is in a closed position on the seat edge (8) and through which an inlet opening (12) can be opened into the combustion chamber (6), a displaceable guide device being arranged in the inlet channel (5). The object of the present invention is to improve combustion for gasoline engines, secondary flows to be reduced or eliminated. This object is achieved according to the invention by a cylinder head mentioned at the outset in that the guide device has an orifice (3) which can be displaced essentially in one plane (ε) parallel to the seat edge (8) in order to obtain a tumble flow.
Description
Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf, der einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung abschließt, wobei der Zylinderkopf zumindest einen Einlasskanal, einen Ventilsitzring mit einer Sitzkante und ein Einlassventil aufweist, das in einer geschlossenen Stellung an der Sitzkante anliegt und durch das eine Einlassöffnung in den Brennraum freigebbar ist, wobei in dem Einlasskanal eine verschiebbare Leiteinrichtung angeordnet ist.The invention relates to a cylinder head which closes a combustion chamber of an internal combustion engine, the cylinder head having at least one inlet channel, a valve seat ring with a seat edge and an inlet valve which bears against the seat edge in a closed position and through which an inlet opening into the combustion chamber can be released, a displaceable guide device being arranged in the inlet duct.
Unter Sitzkante bei Berührung des Einlassventils am Ventilsitzrings entlang einer Linie versteht sich diese kreisförmige Linie. Bei Berührung entlang einer Fläche - im Wesentlichen ist dies ein Kegelstupfmantel - versteht sich unter Sitzkante, der am nächsten am Brennraum angeordnete Kreis auf dieser Fläche. Im Fall der Berührung entlang des Kegelstupfmantels liegt die Sitzkante in einer Ebene normal auf die Drehachse des Kegelstumpfmantels.Seat edge when the inlet valve touches the valve seat ring along a line means this circular line. When touching along a surface - essentially this is a truncated cone jacket - the seat edge is the circle closest to the combustion chamber on this surface. In case of contact along the truncated cone shell, the seat edge lies in a plane normal to the axis of rotation of the truncated cone shell.
Derartige Zylinderköpfe sind aus dem Stand der Technik beispielsweise durch die DE 3701674 C2 bekannt. Darin ist eine Leiteinrichtung gezeigt, die eine Drallströmung in einem Einlasskanal verstärkt. Dabei ist der Kanal in einer Richtung quer zur Einlassöffnung gebogen und erzeugt somit einen Drall. Der vorhandene Drall wird durch das verschiebbare Leitelement veränderlich verstärkt.Such cylinder heads are known from the prior art, for example from DE 3701674 C2. A guide device is shown therein, which amplifies a swirl flow in an inlet duct. The channel is bent in a direction transverse to the inlet opening and thus creates a swirl. The existing twist is increased by the sliding guide element.
Drallströmungen sind jedoch für Ottomotoren nur bedingt vorteilhaft.However, swirl flows are only of limited advantage for gasoline engines.
Sekundärströmungen sind prinzipiell unerwünscht, da sie zu negativen Beeinflussungen des zündfähigen Gemischs führen und so die Zündung erschweren.In principle, secondary flows are undesirable because they lead to negative influences on the ignitable mixture and thus make ignition more difficult.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Verbrennung für Ottomotoren zu verbessern, wobei Sekundärströmungen reduziert oder eliminiert werden sollen.The object of the present invention is to improve combustion for gasoline engines, secondary flows being to be reduced or eliminated.
Diese Aufgabe wird durch einen eingangs erwähnten Zylinderkopf erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Leiteinrichtung eine Blende aufweist, die im Wesentlichen in einer Ebene parallel zur Sitzkante verschiebbar ist, um eine Tumbleströmung zu erhalten.This object is achieved according to the invention by a cylinder head mentioned at the outset in that the guide device has an orifice which can be displaced essentially in one plane parallel to the seat edge in order to obtain a tumble flow.
Unter Leiteinrichtung versteht sich eine Einrichtung, die geeignet ist die Strömung zu verändern und zu beeinflussen. Die verschiebbare Leiteinrichtung umfasst hier die oben genannte Blende.A control device is understood to be a device which is suitable for changing and influencing the flow. The displaceable guide device here comprises the above-mentioned aperture.
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Die Strömung kann zusätzlich durch das Vorsehen von einem Tumblekanal als Einlasskanal positiv beeinflusst werden. Diese sind in der Regel relativ flach und erzeugen eine Tumbleströmung. Ein Tumble stellt einen Wirbel quer zu einer Zylinderachse in Richtung einer Kurbelwellenachse dar.The flow can also be positively influenced by the provision of a tumble channel as the inlet channel. These are usually relatively flat and generate a tumble flow. A tumble represents a vortex transverse to a cylinder axis in the direction of a crankshaft axis.
Durch den Einsatz eines Tumblekanals, der im Wesentlichen um eine Strömungsebene, die eine Achse des Einlassventils und eine Strömungsrichtung verbindet, symmetrisch ausgebildet ist, kann eine Tumbleströmung induziert werden. Der Tumblekanal weist im Idealfall quer zu dieser Strömungsebene keine Krümmungen der Strömungsführung auf.A tumble flow can be induced by using a tumble channel, which is essentially symmetrical about a flow plane that connects an axis of the inlet valve and a flow direction. Ideally, the tumble channel has no curvatures in the flow guidance transverse to this flow plane.
Die Strömungsebene ist jene Ebene, die im Wesentlichen parallel zu der Kolbenachse ausgebildet ist und in der sich ein von Randeffekten möglichst unbeeinflusster Strömungsgeschwindigkeitsvektor zentral im Inneren des Tumblekanals bewegt. Die gemittelte Strömungsgeschwindigkeit überden Querschnitt des Tumblekanals bewegt sich ebenfalls in dieser Strömungsebene.The flow plane is the plane that is essentially parallel to the piston axis and in which a flow velocity vector that is as unaffected by edge effects moves centrally in the interior of the tumble channel. The average flow velocity across the cross-section of the tumble channel also moves in this flow plane.
Durch eine Tumblebewegung im Brennraum kann der mögliche Zündwinkel auf mehr Grad Kurbelwinkel ausgeweitet werden.The possible ignition angle can be extended to more degrees of crank angle by a tumble movement in the combustion chamber.
Es ist zur Erzeugung einer von Sekundärströmungen ungestörten Tumbleströmung vorteilhaft, wenn die Blende in einem Bereich nahe der Sitzkante angeordnet ist, wobei ein Verhältnis Abstand zur Sitzkante zu Durchmesser des Einlassventils zwischen 0 und 0,8 ist.To generate a tumble flow undisturbed by secondary flows, it is advantageous if the orifice is arranged in an area near the seat edge, the ratio of the distance from the seat edge to the diameter of the inlet valve being between 0 and 0.8.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die Blende direkt an dem Ventilsitzring angeordnet ist. Dadurch werden unvorteilhafte Beeinflussungen der Strömung vor dem Brennraum vermindert.It is particularly advantageous if the diaphragm is arranged directly on the valve seat ring. This reduces unfavorable influences on the flow in front of the combustion chamber.
Die Blende ist günstigerweise in Strömungsrichtung vordem Ventilsitzring angeordnet.The orifice is advantageously arranged in the flow direction in front of the valve seat ring.
Aus Sicht des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn die Blende eine Breite hat, wobei ein Verhältnis Breite zum Durchmesser des Einlassventils 1 ist.From the point of view of efficiency, it is advantageous if the diaphragm has a width, with a ratio of width to diameter of the inlet valve 1.
In einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass die Blende dazu ausgebildet ist, den Einlasskanal in einem ganz geschlossenen Zustand im Wesentlichen bis zuIn a special embodiment it is provided that the diaphragm is designed to substantially extend the inlet channel in a completely closed state
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50% zu verschließen. Dadurch entsteht der Vorteil, dass die Strömung im Einlasskanal durch die Blende ideal beeinflusst werden kann.To close 50%. This has the advantage that the flow in the inlet channel can be ideally influenced by the orifice.
Um die Strömung noch besser beeinflussen zu können und in Richtung einer idealen Tumbleströmung zu bewegen, ist es vorteilhaft, wenn an dem Einlassventil eine feste Tumbleblende angeordnet ist. Dabei ist die feste Tumbleblende fest in Bezug auf den Sitzring und auch auf den Einlasskanal angeordnet.In order to be able to influence the flow even better and to move in the direction of an ideal tumble flow, it is advantageous if a fixed tumble screen is arranged on the inlet valve. The fixed tumble screen is fixed in relation to the seat ring and also to the inlet channel.
Um auch anderen Anforderungen gerecht werden zu können und die Tumbleerzeugung bei Bedarf auch reduzieren zu können, ist es günstig, wenn die Blende im geöffneten Zustand den Einlasskanal ganz freigibt, sodass die Strömung von der Blende unbeeinflusst ist.In order to be able to meet other requirements and to be able to reduce the tumble generation if necessary, it is favorable if the orifice completely opens the inlet channel so that the flow is unaffected by the orifice.
Eine möglichst einfache Anordnung und eine gute Erzeugung der Tumbleströmung wird erreicht, wenn die Blende im Wesentlichen quer zu einer ungestörten Strömungsrichtung angeordnet ist.The simplest possible arrangement and good generation of the tumble flow is achieved if the orifice is arranged essentially transversely to an undisturbed flow direction.
In der Folge wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform in den nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment in the non-limiting figures. Show it:
Fig. 1 eine Schrägansicht eines Einlassventils eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfs in einer ersten Ausführung;1 shows an oblique view of an intake valve of a cylinder head according to the invention in a first embodiment;
Fig. 2 das Einlassventil mit geschlossener Blende;2 shows the inlet valve with the orifice closed;
Fig. 3 eine Schrägansicht einer zweiten Ausführung eines Einlassventils eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfs mit geöffneter Blende; und3 shows an oblique view of a second embodiment of an intake valve of a cylinder head according to the invention with the diaphragm open; and
Fig. 4 eine Seitenansicht des Einlassventils in der ersten oder der zweiten Ausführung.Fig. 4 is a side view of the intake valve in the first or the second embodiment.
In Fig. 1 ist ein Einlassventil 1 gezeigt, an der eine starre Tumbleblende 2 zur Erzeugung einer Tumbleströmung angeordnet ist. Diese Tumbleblende 2 weist dabei zur Erzeugung einer Tumbleströmung eine bestimmte Außengeometrie auf, die durch Simulation oder durch Versuche optimiert werden kann.In Fig. 1, an inlet valve 1 is shown, on which a rigid tumble screen 2 is arranged to generate a tumble flow. In order to generate a tumble flow, this tumble orifice 2 has a specific outer geometry that can be optimized by simulation or by tests.
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Das Einlassventil 1 ist dabei als Tellerventil ausgeführt. Im Bereich einer Einlassöffnung weist das Einlassventil 1 einen Durchmesser D auf. Das Einlassventil 1 ist entlang einer Ventilachse V von einer vollständig geöffneten in eine vollständig geschlossene Stellung bewegbar.The inlet valve 1 is designed as a poppet valve. In the area of an inlet opening, the inlet valve 1 has a diameter D. The inlet valve 1 can be moved along a valve axis V from a fully open to a fully closed position.
Angrenzend an das Einlassventil 1 ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eine Blende 3 in einer Ebene ε entlang einer Bewegungsrichtung 4 verschiebbar angeordnet. Die Blende 3 weist eine Breite B auf, die ein Verhältnis B/D zum Durchmesser D des Einlassventils 1 aufweist, das 1 ist. Die Blende 3 liegt in der Ebene ε. Die Ebene ε ist parallel zu einer Sitzkante 8. In der gezeigten Ausführung ist die Ebene ε ebenfalls parallel zur, zum Brennraum 6 orientierten, Fläche des Tellers des Einlassventils 1. Die Verschiebung in Bewegungsrichtung 4 erfolgt ebenfalls parallel zur Ebene ε.Adjacent to the inlet valve 1, as shown in FIG. 2, an orifice 3 is arranged so as to be displaceable in a plane ε along a direction of movement 4. The orifice 3 has a width B, which has a ratio B / D to the diameter D of the inlet valve 1, which is 1. The aperture 3 lies in the plane ε. The plane ε is parallel to a seat edge 8. In the embodiment shown, the plane ε is also parallel to the surface of the plate of the inlet valve 1 oriented towards the combustion chamber 6. The displacement in the direction of movement 4 likewise takes place parallel to the plane ε.
In Fig. 2 ist die Blende 3 in einer geschlossenen Stellung und in Fig. 3 in einer geöffneten Stellung gezeigt.2, the diaphragm 3 is shown in a closed position and in FIG. 3 in an open position.
Die Blende 3 wird durch einen nicht näher gezeigten Schiebemechanismus bewegt, der beispielsweise durch eine Nockenwelle betätigt wird. Andere Möglichkeiten, wie beispielsweise hydraulische, pneumatische oder elektrische Antriebe zur Verschiebung sind ebenfalls einfach möglich.The diaphragm 3 is moved by a sliding mechanism, not shown, which is actuated, for example, by a camshaft. Other options, such as hydraulic, pneumatic or electrical drives for displacement are also easily possible.
Fig. 3 zeigt das Einlassventil 1 in einer zweiten Ausführung in der keine feste Tumbleblende 2 vorgesehen ist.Fig. 3 shows the inlet valve 1 in a second embodiment in which no fixed tumble screen 2 is provided.
In Fig. 4 ist das Einlassventil 1 in einem Einlasskanal 5 gezeigt. Der Einlasskanal 5 mündet in einen Brennraum 6 einer Brennkraftmaschine. Dabei ist zwischen Einlasskanal 5 und Brennraum 6 ein Ventilsitzring 7 angeordnet, der eine Sitzkante 8 aufweist, an der das Einlassventil 3 in der geschlossenen Stellung anliegt. Ein Abstand a zwischen Sitzkante 8 und Blende 3 weist zum Durchmesser D ein Verhältnis a/D auf, das vorzugsweise zwischen 0 und 0,8 liegt und in der gezeigten Ausführung in etwa bei 0,14 liegt.4, the inlet valve 1 is shown in an inlet channel 5. The inlet duct 5 opens into a combustion chamber 6 of an internal combustion engine. A valve seat ring 7 is arranged between the inlet duct 5 and the combustion chamber 6 and has a seat edge 8 against which the inlet valve 3 bears in the closed position. A distance a between the seat edge 8 and the cover 3 has a ratio a / D to the diameter D, which is preferably between 0 and 0.8 and is approximately 0.14 in the embodiment shown.
Die einströmende Ladung weist eine Strömungsrichtung S auf. Wobei die Strömungsrichtung S der ungestörten Ladung mit dem Bezugszeichen 9 versehen ist. Bei geschlossener Blende 3 wird die Ladung so umgelenkt, dass sie gemäß PfeilThe incoming charge has a flow direction S. The direction of flow S of the undisturbed charge is provided with the reference number 9. When the aperture 3 is closed, the load is deflected in such a way that it corresponds to the arrow
5/11 umgelenkt wird und im Brennraum 6 eine Tumbleströmung entsteht. Der Tumble ist eine liegende Walze quer zu einer nicht gezeigten Zylinderachse.5/11 is deflected and a tumble flow occurs in the combustion chamber 6. The tumble is a lying roller transverse to a cylinder axis, not shown.
Bei geöffneter Blende strömt die Ladung auch gemäß einem strichlierten Pfeil 11 in den Brennraum 6 ein, die Strömung bleibt durch die Blende im Wesentlichen unbeeinflusst und die Ladung strömt gemäß Pfeil 10 und dem strichlierten Pfeil 11 durch eine Einlassöffnung 12.When the cover is open, the charge also flows into the combustion chamber 6 according to a dashed arrow 11, the flow remains essentially unaffected by the cover and the charge flows through an inlet opening 12 according to arrow 10 and the dashed arrow 11.
Die Strömungsrichtung S der ungestörten Ladung 9 und die Ventilachse V liegen in einer Strömungsebene. Die entstehende Tumbleströmung ist im Wesentlichen senkrecht auf die Strömungsebene durch Ventilachse V und Strömungsrichtung S der ungestörten Ladung 9.The flow direction S of the undisturbed charge 9 and the valve axis V lie in one flow plane. The resulting tumble flow is essentially perpendicular to the flow plane through valve axis V and flow direction S of the undisturbed charge 9.
Der Zylinderkopf liegt mit einer unteren Zylinderkopfebene ζ an einem nicht näher gezeigten Zylinderblock der Brennkraftmaschine an.The cylinder head lies with a lower cylinder head plane ζ on a cylinder block of the internal combustion engine, not shown in detail.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ATA50066/2019A AT521714A1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | CYLINDER HEAD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ATA50066/2019A AT521714A1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | CYLINDER HEAD |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT521714A1 true AT521714A1 (en) | 2020-04-15 |
Family
ID=70328876
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ATA50066/2019A AT521714A1 (en) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | CYLINDER HEAD |
Country Status (1)
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2019
- 2019-01-29 AT ATA50066/2019A patent/AT521714A1/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AZ | Withdrawn |
Effective date: 20210715 |