DE102007027787A1 - Internal combustion engine with charge turbulence - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verbrennungsmotor mit einem in einer Brennkammer in einer Längsrichtung hin und her bewegbaren Kolben (1) und wenigstens einem Ventil, das in einer dem Kolben (1) gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer angeordnet ist, wobei in einer Stirnfläche des Kolbens (1) wenigstens eine dem Ventil gegenüberliegende Tasche (8b) gebildet ist, ist die Stirnfläche senkrecht zur Längsrichtung orientiert, und die Tasche (8b) ist asymmetrisch in Bezug auf eine durch eine Längsachse des Ventils (3, 4) verlaufende und zu der Längsrichtung parallele Ebene.In an internal combustion engine having a piston (1) reciprocable in a longitudinal direction in a combustion chamber and at least one valve disposed in an end wall of the combustion chamber opposite the piston (1), at least one end face of the piston (1) the valve opposite to the valve (8b) is formed, the end face is oriented perpendicular to the longitudinal direction, and the pocket (8b) is asymmetrical with respect to a through a longitudinal axis of the valve (3, 4) extending and parallel to the longitudinal direction plane.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Mitteln zum Erzeugen eines Dralls in einer in einer Brennkammer des Motors eingeführten Ladung. Mit Hilfe des Dralls soll die Kraftstoffverteilung in der Brennkammer beeinflusst und sollen die Verbrennungsbedingungen verbessert werden.The The present invention relates to an internal combustion engine with means for generating a twist in one in a combustion chamber of the engine introduced charge. With the help of the twist, the fuel distribution in the combustion chamber and should affect the combustion conditions be improved.
Herkömmliche Verbrennungsmotoren umfassen zur Drallerzeugung häufig zwei Einlassventile, die unterschiedlich angesteuert werden, um dem über die Einlassventile in die Brennkammer eingesaugten Frischgas einen Drehimpuls in Richtung der Brennkammerachse aufzuprägen.conventional Internal combustion engines often include swirling two inlet valves that are controlled differently the sucked via the intake valves in the combustion chamber Fresh gas to impose an angular momentum in the direction of the combustion chamber axis.
Ein
Verbrennungsmotor mit paarweise angeordneten Ein- und Auslassventilen
ist zum Beispiel aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine alternative Technik zur Erzeugung eines Dralls in einer Frischgasladung in einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors anzugeben.task of the present invention is an alternative technique for production a twist in a fresh gas charge in a combustion chamber of an internal combustion engine specify.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Verbrennungsmotor mit einem in einer Brennkammer in einer Längsrichtung hin und her bewegbaren Kolben, wenigstens einem Ventil, das in einer dem Kolben gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer angeordnet ist, wobei in einer Stirnfläche des Kolbens wenigstens eine dem Ventil gegenüber liegende Tasche gebildet ist, die Stirnfläche senkrecht zur Längsrichtung orientiert ist und die Tasche asymmetrisch in Bezug auf eine durch eine Längsachse des Ventils verlaufende und zu der Längsrichtung der Brennkammer parallele Ebene ist. Durch die Orientierung der Stirnfläche senkrecht zur Längsrichtung wird eine unnötige Dämpfung eines beim Einspeisen von Gas induzierten Dralls vermieden. Indem die dem Ventil gegenüberliegende Aussparung asymmetrisch gemacht ist, bekommt zwischen Ventilkopf und -sitz in die Brennkammer strömendes Gas eine Vorzugsrichtung, durch die ein Drall induziert wird.The Task is solved by an internal combustion engine with one in a combustion chamber in a longitudinal direction and forth movable piston, at least one valve, in one the piston opposite end wall of the combustion chamber is arranged, wherein in an end face of the piston formed at least one valve opposite the bag is, the end face perpendicular to the longitudinal direction is oriented and the bag is asymmetrical in relation to a through a longitudinal axis of the valve extending and to the longitudinal direction the combustion chamber is parallel plane. By the orientation of the End face perpendicular to the longitudinal direction is a unnecessary damping when feeding gas induced swirl avoided. By the opposite of the valve Recess is made asymmetrical, gets between the valve head and seat in the combustion chamber gas flowing a preferred direction, by which a twist is induced.
Die Tasche kann insbesondere einen in Bezug auf die Ebene symmetrischen zylinderkeilförmigen Abschnitt, der in der oberen Totpunktstellung des Kolbens einen Ventilteller des Ein- oder Auslassventils aufnimmt, und einen sich auf einer ersten Seite der Ebene erstreckenden, die Symmetrie brechenden Abschnitt umfassen. Dies hat zur Folge, dass Gas aus dem Ventil vorzugsweise in Richtung des symmetriebrechenden Abschnittes ausströmt.The In particular, bag can be symmetrical with respect to the plane cylindrical wedge-shaped section which is in the top dead center position the piston receives a valve plate of the intake or exhaust valve, and one extending on a first side of the plane, the Symmetry breaking section include. As a result, gas from the valve, preferably in the direction of the symmetry breaking Section emanates.
Um den Druckabfall beim Passieren des Ventils gering zu halten, ist es zweckmäßig, dass eine plane Bodenfläche des zylinderkeilförmigen Abschnittes kontinuierlich in eine Bodenfläche des symmetriebrechenden Abschnittes übergeht.Around is to keep the pressure drop when passing the valve low, is it is expedient that a plane floor surface of the cylindrical wedge-shaped section continuously in a bottom surface of the Symmetriebrechenden section passes.
Das der Tasche gegenüberliegende Ventil kann ein Einlassventil für Frischgas sein; in diesem Fall genügt ein einzelnes Einlassventil, um einen Drall in der Frischgasladung zu erzeugen.The the bag opposite valve may be an inlet valve be for fresh gas; in this case a single one is enough Inlet valve to create a swirl in the fresh gas charge.
Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist das der Tasche gegenüberliegende Ventil ein Auslassventil, durch das im Rahmen von Abgasrückführung Abgas in die Brennkammer zurückströmen kann. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei ungerichtetem Zuströmen des rückgeführten Abgases Staupunkte in der Gasladung der Brennkammer, insbesondere in Bodennähe der Taschen, auftreten können, die einen zuvor dem Frischgas aufgeprägten Drall zunichte machen oder zumindest stark dämpfen können. Indem durch die erfindungsgemäße Anordnung auch dem rückgeführten Abgas ein Drall aufgeprägt wird, wird die Entstehung solcher Staupunkte zuverlässig vermieden, und der dem Frischgas aufgeprägte Drall wird durch die Abgasrückführung nicht beeinträchtigt.one according to the preferred embodiment, this is opposite the pocket Valve an exhaust valve, through which in the context of exhaust gas recirculation Exhaust gas can flow back into the combustion chamber. It It has been shown that with undirected inflow the recirculated exhaust gas stagnation points in the gas charge the combustion chamber, in particular near the bottom of the pockets, may occur, the previously impressed on the fresh gas swirl can destroy or at least strongly dampen. By the inventive arrangement also the swirled exhaust gas imparted a twist becomes, the emergence of such stagnation points reliable avoided, and the fresh gas impressed twist is not affected by the exhaust gas recirculation.
Wenn das Einlassventil eingerichtet ist, dem Frischgas einen Drall aufzuprägen und die dem Auslassventil zugeordnete Tasche eine zu einem Kopf des Auslassventils parallele Bodenfläche und eine schräge Wandfläche umfasst, ist vorzugsweise die Steigung der schrägen Wandfläche in einem in Bezug auf die Drallströmung des Frischgases stromabwärtigen Bereich der Tasche kleiner als in einem stromaufwärtigen Bereich. So wird dem Frischgas, das in einen Spalt zwischen der Bodenfläche und dem Ventilkopf eingeströmt ist, der Wiederaustritt aus dem Spalt erleichtert, und den Drall vernichtende Stauungen werden vermieden.If the inlet valve is arranged to impart a twist to the fresh gas and the bag associated with the outlet valve one to a head of the Exhaust valve parallel bottom surface and an oblique Wall surface is preferably the slope of the oblique Wall surface in one with respect to the swirl flow of the fresh gas downstream portion of the pocket smaller as in an upstream area. So is the fresh gas, the into a gap between the bottom surface and the valve head has flowed in, relieving the escape from the gap, and swirl destroying congestion is avoided.
Dem gleichen Zweck dient es, wenn die Steigung der schrägen Wandfläche in einem einer Längsachse der Brennkammer benachbarten Bereich niedriger ist als in einem der Wand der Brennkammer benachbarten Bereich. So werden unnötig starke Richtungsänderungen des zirkulierenden Frischgases vermieden.the same purpose, it serves when the slope of the oblique Wall surface in a longitudinal axis of the combustion chamber adjacent area is lower than in one of the wall of the combustion chamber adjacent area. So, unnecessarily strong direction changes avoided the circulating fresh gas.
Um dem rückgeführten Abgas das Entweichen aus der Tasche in der gewünschten Richtung zu erleichtern, ist der Abstand eines oberen Randes der schrägen Wandfläche von der Längsachse des Auslassventils vorzugsweise in einem in Bezug auf den Drall des Frischgases stromabwärtigen Bereich der Tasche größer als in einem stromaufwärtigen Bereich.In order to facilitate the escape of the recirculated exhaust gas from the pocket in the desired direction, the distance of an upper edge of the oblique wall surface from the longitudinal axis of the outlet valve is preferably in a with respect to the Swirl of the fresh gas downstream area of the bag larger than in an upstream area.
Günstig für die effiziente Aufprägung eines Dralls ist auch, wenn die Tasche insgesamt in Draufsicht sichelförmig ist.Cheap for the efficient imprinting of a twist also, if the bag altogether crescent-shaped in plan view is.
Wenn ein zu dem oben erwähnten ersten Ventil paralleles zweites Ventil vorgesehen ist, mit anderen Worten, wenn zwei Einlass- oder zwei Auslassventile vorhanden sind, liegt zweckmäßigerweise auch dem zweiten Ventil eine zweite Tasche des Kolbens gegenüber. Diese ist zur Drallerzeugung vorzugsweise ebenfalls asymmetrisch bezüglich einer durch eine Längsachse des zweiten Ventils verlaufenden und zu der Längsrichtung parallelen Ebene.If a second parallel to the above-mentioned first valve Valve is provided, in other words, when two intake or two exhaust valves are present, is expediently also the second valve opposite a second pocket of the piston. This is preferably also asymmetric for swirl generation with respect to one through a longitudinal axis of the second Valve extending and parallel to the longitudinal direction Level.
Die erste und die zweite Tasche können durch einen unvertieften Steg der Stirnfläche voneinander getrennt sein, um jedem der durch die zwei Ventile verlaufenden Gasströme möglichst unbeeinflusst durch den anderen einen Drall aufprägen zu können. Denkbar ist aber auch, dass die erste und die zweite Tasche auf der Stirnfläche des Zylinders ineinander übergehen.The first and the second bag can be through an unfolded Bridge the face to be separated from each other the gas flows passing through the two valves as possible unaffected by the other to be able to impose a spin. It is also conceivable that the first and the second bag on The face of the cylinder merge into each other.
Wenn in einem Verbrennungsmotor mit einem in einer Brennkammer in einer Längsrichtung hin und her bewegbaren Kolben zwei parallele Ventile in einer dem Kolben gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer spiegelbildlich in Bezug auf eine Spiegelebene angeordnet sind und in einer Stirnfläche des Kolbens eine den Ventilen gegenüberliegende Tasche gebildet ist, kann es zur Erzeugung eines Dralls auch ausreichen, dass die Tasche asymmetrisch in Bezug auf die Spiegelebene ist.If in an internal combustion engine with one in a combustion chamber in one Longitudinal reciprocating piston two parallel Valves in a front wall opposite the piston the combustion chamber arranged mirror-inverted with respect to a mirror plane are and in an end face of the piston one the valves Opposite bag is formed, it can be used to generate a twist also suffice that the bag is asymmetrical in terms of is on the mirror plane.
Die Asymmetrie der Tasche kann sich insbesondere darin äußern, dass der auf einer ersten Seite der durch die Längsachse des Ventils verlaufenden Ebene liegende Teil der Tasche eine kleinere Grundfläche und/oder ein kleineres Volumen hat als der auf der anderen Seite dieser Ebene liegende Teil.The Asymmetry of the bag can be expressed in particular in that on a first side of the through the longitudinal axis the valve extending plane lying part of the bag a smaller Base area and / or a smaller volume than the part lying on the other side of this plane.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of embodiments with reference on the attached figures. Show it:
Tellern
Die
Verwendung zweier Einlassventile
Eine
erste Ausgestaltung eines solchen Kolbens
Im
Schnitt der
Im
Schnitt der
Diese
Gestaltung der Tasche
In
den Schnitten
Bei
der Ausgestaltung der
Der
in
Die
Tasche
Bei
der in
Auch
hier hat der obere Rand
- 11
- Kolbenpiston
- 22
- Zylinderkopfcylinder head
- 33
- Einlassventilintake valve
- 44
- Auslassventiloutlet valve
- 55
- Schaftshaft
- 66
- TellerPlate
- 7, 87, 8th
- Taschebag
- 99
- BereichArea
- 1010
- Schrägflächesloping surface
- 1111
- Seitenflächeside surface
- 1212
- Erweiterungextension
- 1313
- Ebenelevel
- 1414
- Ventilachsevalve axis
- 1515
- Zylindercylinder
- 1616
- Rundungcurve
- 1717
- Kanteedge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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