DE1255986B

DE1255986B - Swirl-generating inlet duct

Info

Publication number: DE1255986B
Application number: DEM55476A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Urlaub
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1963-01-18
Filing date: 1963-01-18
Publication date: 1967-12-07

Description

Drallerzeugender Einlaßkanal Die Erfindung bezieht sich auf einen drallerzeugenden Einlaßkanal für selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschinexi mit Brennstoffeinspritzung quer zur Strömungsrichtung der eintretenden, im Zylinder kreisenden Verbrennungsluft. Dieser Einlaßkanal führt nicht allein zu einem einzigen Einlaßventil, sondern zu mindestens zwei in Strömungsrichtung der eintretenden Luft hintereinanderliegenden, hängend angeordneten Einlaßventilen.Swirl-generating inlet port The invention relates to a Swirl-generating inlet duct for self-igniting, air-compressing internal combustion enginesxi with fuel injection transverse to the flow direction of the entering, in the cylinder circulating combustion air. This inlet channel does not lead to a single one Inlet valve, but at least two in the direction of flow of the incoming air one behind the other, suspended inlet valves.

Wesentlich ist, daß nur ein einziger Einlaßkanal fürdie hintereinanderliegenden Einlaßventile vorhanden ist, im Gegensatz zu den Kanalästen eines ersten bekannten Zylinderkopfes, die von zwei nebeneinander in einer Seitenwand des Zylinderkopfes liegenden Eintrittsöffnungen ausgehen, sich in der Gegend des ersten Einlaßveritils vereinigen und von dort als einziger Einlaßkanal zu dem zweiten Einlaßventil weiterführen oder im Gegensatz zu den Einlaßkanälen eines zweiten und dritten bekannten Zylinderkopfes, die von übereinander oder nebeneinander in einer Seitenwand des Zylinderkopfes liegenden Öffnungen völlig getrennt, teilweise übereinander angeordnet, zu je einem Einlaßventil führen. Diesem einzigen Einlaßkanal wird im Rahmen der Erfindung der Vorzug gegeben, da er eine einfache Gestalt des Zylinderkopfes ergibt und somit zu einer kostensparenden Zylinderkopfbauart beiträgt.It is essential that there is only a single inlet channel for the inlet valves one behind the other, in contrast to the channel branches of a first known cylinder head, which start from two inlet openings lying next to one another in a side wall of the cylinder head, unite in the area of the first inlet valve and from there are the only ones Continue the inlet duct to the second inlet valve or, in contrast to the inlet ducts of a second and third known cylinder head, which are completely separated from one another or next to one another in a side wall of the cylinder head and partially arranged one above the other, each lead to an inlet valve. In the context of the invention, preference is given to this single inlet port, since it results in a simple shape of the cylinder head and thus contributes to a cost-saving cylinder head design.

Die im Zylinderkopf liegende äußere Seitenwand des Einlaßkanals, auf den sich die Erfindung bezieht, liegt in der Nähe des Zylinderumfanges; die Skelettlinie des Einlaßkanals führt über die oder in der Nähe der Ventilmitten vorbei.The outer side wall of the inlet duct, which is located in the cylinder head and to which the invention relates, is located in the vicinity of the cylinder circumference; the camber line of the inlet channel passes over or in the vicinity of the valve centers.

Die Skelettlinie des Kanalschnittes ist der geometrische Ort der Mittelpunkte aller in den Kanal einbeschriebenen Kreise.The skeleton line of the canal section is the geometric location of the center points of all circles inscribed in the channel.

Die Kanaldecke und die Kanalsohle verlaufen quer zur Zylinderachse; es ist hiermit geweint, daß - stehende Zylinderanordnung angenommen - die Kanaldecke bzw. die Kanalsohle waagerecht oder angenähert waagerecht verlaufen, wie z. B. im Fall des obengenannten ersten bekannten Zylinderkopfes.The canal ceiling and the canal bottom run transversely to the cylinder axis; it is hereby weeping that - standing cylinder arrangement assumed - the canal ceiling or the canal bottom run horizontally or approximately horizontally, such. B. in the case of the above-mentioned first known cylinder head.

Die Kanalsohle im Bereich der Ventilöffnungen sowie die Kanaldecke in der Nähe des letzten Einlaßventils gehen in kurze, zu den Ventilsitzen führende Kanalstücke über. Derartige Kanalstücke. sind beispielsweise bei dem obengenannten ersten bekannten Zylinderkopf vorhanden, aber auch bei einem vierten bekannten Zylinderkopf, der einen einzigen, zu zwei blutereinanderliegenden Einlaßventilen führenden Einlaßkanal aufweist. Bei dem dritten und vierten Zylinderkopf befinden sich an der Ursprungsstelle des zu dem ersten oder zu beiden Ventflen führenden kurzen Kanalstücken Abdeckschirme.The channel bottom in the area of the valve openings and the channel ceiling near the last inlet valve merge into short channel pieces leading to the valve seats. Such duct pieces. are present, for example, in the above-mentioned first known cylinder head, but also in a fourth known cylinder head which has a single inlet channel leading to two inlet valves lying one above the other. In the case of the third and fourth cylinder heads, cover screens are located at the point of origin of the short duct sections leading to the first or to both valves.

Wesentlich ist ferner, daß die innere Kanalseitenwand die Wände der genannten kurzen Kanalstücke tangiert. Dieses Merkmal ist für das Eintreten der später beschriebenen Wirkung Voraussetzung-Ausgehend von der vorbeschriebenen Gattung eines Einlaßkanals hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, die Dralleigenschaften der im Zylinder um dessen Achse kreisenden Verbrennungsluft zu verbessern. Diese Aufgabe besteht im einzelnen darin, sicherzustellen, daß die Drallströmung im Zylinder eine gute Gemischbildung ergibt. Als Voraussetzung dafür sollen die LuftteiIchen die Sektoren zwischen den einzelnen Brennstoffstrahlen auf konzentrischen Kreisbahnen während der Einspritzdauer durchlaufen. Hierzu muß die Luft wie ein fester Körper kreisen, d. h., die Luftteilchen auf den äußeren Kreisbahnen müssen mit höherer Geschwindigkeit umlaufen als die inneren Luftteilchen. Diese sogenannte Blockdrallströmung muß während des Ansaugehubes angefacht werden und bis zum Ende des Verdichtungshubes bestehenbleiben, bzw. die Anfachung muß so beschaffen sein, daß sich am Ende des Ver. ,dichtungshubes die gewünschte Blockdrallströmung ergibt. Außerdem dürfen sich die aus den hintereinanderliegenden Ventilöffnungen austretenden Luftströme nicht im Sinn einer Behinderung der angestrebten Blockdrallströmung beeinflussen. Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, die Abdeckschirme so anzuordnen, daß die vorgenannten Wirkungen zustande kommen. Eine Schwierigkeit besteht dabei darin, daß die erwähnten beiden Luftströme zu ungünstiger gegenseitiger Beeinflussung neigen.It is also essential that the inner channel side wall tangent to the walls of the short channel pieces mentioned. This feature is a prerequisite for the effect described later to occur. Based on the above-described type of intake port, the inventor has set himself the task of improving the swirl properties of the combustion air circulating in the cylinder about its axis. This task is in detail to ensure that the swirl flow in the cylinder results in a good mixture formation. As a prerequisite for this, the air particles should run through the sectors between the individual fuel jets on concentric circular paths during the injection period. To do this, the air must circle like a solid body, i. In other words, the air particles on the outer orbits must rotate at a higher speed than the inner air particles. This so-called block swirl flow must be fanned during the intake stroke and persist until the end of the compression stroke, or the fanning must be such that at the end of the Ver. , seal stroke results in the desired block swirl flow. In addition, the air flows emerging from the valve openings located one behind the other must not influence each other in the sense of a hindrance to the desired block swirl flow. The object of the invention is therefore to arrange the cover screens so that the aforementioned effects come about. One difficulty here is that the two air flows mentioned tend to have an unfavorable mutual influence.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß an einem drallerzeugenden Einlaßkanal der eingangs beschriebenen Gestalt dadurch gelöst, daß beide kurze Kanalstücke in an sich bekannter Weise an den Übergangsstellen zur Kanalsohle an der Einströmseite in die kurzen Kanalstücke etwa in Richtung der Kanalsohle hineinragende Abdeckschirine aufweisen, die sich beiderseits von jeweils radial von den Ventilmitten ausgehenden Mittellinien erstrecken, und daß der Winkel zwischen den Mittellinien der Abdeckschirme und Tangenten, die an die Skelettlinie in den Schnittpunkten mit von der Zylindermitte zu den Ventilmitten führenden radialen Verbindungslinien und der Skelettlinie gelegt sind, zwischen 20 und 40' beträgt und daß die Tangenten an die Skelettlinie die radiale Verbindungslinie von der Zylindermitte zur Ventilmitte des ersten Einlaßventils unter einem an der Einströmseite gelegenen, der Zylindermitte abgekehrten Winkel als 90' und die radiale Verbindungslinie von der Zylindermitte zur Ventilmitte des letzten Einlaßventils unter einem an der Einströmseite gelegenen, der Zylindermitte abgekehrten Winkel von etwa 1001 schneiden.This object is achieved according to the invention on a swirl-generating inlet channel of the shape described above in that both short channel pieces have in a known manner at the transition points to the channel bottom on the inflow side into the short channel pieces protruding approximately in the direction of the channel bottom, which extend on both sides of each extend radially from the valve centers starting center lines, and that the angle between the center lines of the cover screens and tangents, which are laid on the skeleton line at the points of intersection with radial connecting lines leading from the cylinder center to the valve centers and the skeleton line, is between 20 and 40 'and that the tangents to the skeleton line are the radial connecting line from the cylinder center to the valve center of the first inlet valve at an angle on the inflow side facing away from the cylinder center as 90 ' and the radial connecting line from the cylinder center to the valve center Cut the last inlet valve at an angle of about 1001 on the inflow side facing away from the cylinder center.

Die Erfindung besteht demnach in einer ganz besonderen Anordnung der kreisabschnittartig oder ähnlich symmetrisch geformten Abdeckschirme in Verbindung mit besonderen Anordnungsmerkmalen des Einlaßkanals, wie dies aus dem vorstehend bezeichneten Lösungsweg im einzelnen hervorgeht. Durch diese Maßnahme soll die Resultierende der Drallkomponenten am Ventilumfang eine gewisse, aber erwünschte Drängung zum Zylinderumfang hin erfahren. Dadurch wird erreicht, daß bei der Anfachung des Luftwirbels im Zylinderraum die Luftteilchen am Zylinderumfang eine etwas größere Winkelgeschwindigkeit erhalten als die mehr innen liegenden Luftteilchen. Dieser Überschuß an Drehgeschwindigkeit der äußeren Luftteilchen verliert sich jedoch nach Schließung des Einlaßventils (und beim anschließenden Verdichtungshub) wieder, so daß alsdann der angestrebte Zustand eines »echten« Wirbels, auch Blockstrahlströmung genannt, besteht, in welchen der Brennstoff eingespritzt wird. Dadurch läßt sich die Gemischbildung an verschiedenen Punkten des radialen Fortpflanzungsbereiches der Brennstoffstrahlen im Hinblick auf die Güte der Verbrennung, d. h. in bezug auf den erreichbaren mittleren effektiven Druck, die Lage des Drehmomentscheitels, die Abgastrübung, den Brennstoffverbrauch und den Druckverlauf vorteilhaft beeinflussen. Zu diesem Zweck kann auch das Maß verändert werden, um das die Ventilschirme in die kurzen Kanalstücke hineinragen. Es hat sich gezeigt, daß die Ausnutzung der Verbrennungsluft durch die vorgenannten Maßnahmen ganz bedeutend gesteigert wird. Diese Steigerung der Luftausnutzung überwiegt bei weitem die durch die drosselnde Wirkung der Abdeckschirme verursachte Verschlechterung des Füllungsgrades des Zylinders.The invention accordingly consists in a very special arrangement of the circular segment-like or similarly symmetrically shaped cover screens in conjunction with special arrangement features of the inlet channel, as can be seen in detail from the solution described above. Through this measure, the resultant of the swirl components on the valve circumference should experience a certain, but desired, displacement towards the cylinder circumference. This ensures that when the air vortex is fanned in the cylinder space, the air particles on the cylinder circumference receive a somewhat greater angular velocity than the air particles lying more inside. However, this excess rotational speed of the outer air particles is lost again after the inlet valve is closed (and during the subsequent compression stroke), so that the desired state of a "real" vortex, also called block jet flow, then exists, into which the fuel is injected. This allows the mixture formation at different points of the radial propagation area of the fuel jets with regard to the quality of the combustion, i.e. H. With regard to the achievable mean effective pressure, the position of the torque peak, the exhaust gas opacity, the fuel consumption and the pressure curve are beneficial. For this purpose, the amount by which the valve screens protrude into the short duct sections can also be changed. It has been shown that the utilization of the combustion air is increased quite significantly by the aforementioned measures. This increase in air utilization far outweighs the deterioration in the degree of filling of the cylinder caused by the throttling effect of the cover screens.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dar.The drawing represents an embodiment of the subject matter of the invention represent.

F i g. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Einlaßkanal nach der Erfindung entlang der Skelettlinie 1-1 in F i g. 2 dar, wobei die Einlaßventile aus Gründen der besseren Deutlichkeit in die Schnittebene gerückt sind; F i g. 2 stellt den Grundriß des Einlaßkanals im Schnitt entlang der Linie II-11 in F i g. 1 dar; F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Linie III-III in F i g. 2; F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Linie IV-IV in F i g. 2; F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch den Einlaßkanal längs der Linie V-V in F i g. 2; F i g. 6 und 7 zeigen verschiedene Grundrißformen des Einlaßkanals.F i g. 1 shows a longitudinal section through an inlet channel according to the invention along the skeleton line 1-1 in FIG. 2, the inlet valves being moved into the plane of the section for the sake of clarity; F i g. 2 shows the plan view of the inlet channel in section along the line II-11 in FIG . 1 represents; F i g. 3 shows a section through the inlet channel along the line III-III in FIG . 2; F i g. 4 shows a section through the inlet channel along the line IV-IV in FIG . 2; F i g. 5 shows a section through the inlet channel along the line VV in FIG . 2; F i g. Figures 6 and 7 show different plan shapes of the inlet duct.

Der Einlaßkanal 1 verläuft von der Einströmseite 2 des Zylinderkopfes unter stetiger Querschnittverminderung zu der ersten Ventilöffnung 3, die von dem ersten Einlaßventil 4 gesteuert wird und von dort weiter mit vermindertem oder gleichbleibendem Querschnitt zu der zweiten Ventilöffnung 5, die von dem zweiten Einlaßventil 6 gesteuert wird. Beide Einlaßventile öffnen und schließen gleichzeitig. Die äußere Seitenwand 7 des Einlaßkanals 1 verläuft von der Einströmseite 2 in die Nähe des Zylinderumfanges 8 zwischen der ersten Ventilöffnung 3 und der zweiten Ventilöffnung 5. Die Kanaldecke 9 des Einlaßkanals 1 verläuft abfallend oder parallel zum Zylinderkopfboden 10, um in der Nähe des zweiten Einlaßventils 6 in ein kurzes zylindrisches Kanalstück 11 überzugehen, das konzentrisch zu der Ventilmitte 12 angeordnet ist und in dem zweiten Ventilsitz 13 endet. Die Kanalsohle 14 verläuft zum zweiten Einlaßventil 6 ansteigend oder parallel zum Zylinderkopfboden 10 und geht im Bereich der ersten Ventilöffnung 3 in ein kurzes zylindrisches Kanalstück 15 über, das konzentrisch zu der Ventilmitte 16 angeordnet ist und in dem ersten Ventilsitz 17 endet. Die kurzen Kanalstücke 11 und 15 können auch die Form eines schräg abgeschnittenen Zylinders oder von Abschnitten eines Ringes haben. Sie können von den Ventilsitzen 13 und 17 an, wie in F i g. 1 gezeigt, mit einer schwach kegelig geformten oder zylirtdrischen Ausdehnung 31 mit kegeligem Übergang versehen sein. An den Übergangsstellen 18 und 19 der Kanalsohle 14 in die kurzen Kanalstücke 11 und 15 sind Abdeckschinne 20 und 21 angeordnet, die etwa in Fortsetzung der Kanalsohle 14 in die kurzen Kanalstücke 11 und 15 ragen. Die Abdeckschirme 20 und 21 erstrecken sich beiderseits von Mittellinien 22 und 23, die radial von den Ventilmitten 12 und 16 ausgehen. Als Hilfslinien sind, wie aus F i g. 2 ersichtlich, radiale Verbindungslinien 24 und 25, die von der Zylindermitte 26 zu den Ventilmitten 12 und 16 führen, eingezeichnet. Die Abdeckschirme liegen auf der Einströmseite 2.The inlet channel 1 runs from the inflow side 2 of the cylinder head with a constant cross-section reduction to the first valve opening 3, which is controlled by the first inlet valve 4 and from there further with a reduced or constant cross-section to the second valve opening 5, which is controlled by the second inlet valve 6 . Both inlet valves open and close at the same time. The outer side wall 7 of the inlet duct 1 runs from the inflow side 2 in the vicinity of the cylinder circumference 8 between the first valve opening 3 and the second valve opening 5. The duct ceiling 9 of the inlet duct 1 slopes down or runs parallel to the cylinder head base 10 to be in the vicinity of the second inlet valve 6 to merge into a short cylindrical channel piece 11 , which is arranged concentrically to the valve center 12 and ends in the second valve seat 13. The channel bottom 14 rises to the second inlet valve 6 or runs parallel to the cylinder head base 10 and merges into a short cylindrical channel piece 15 in the area of the first valve opening 3 , which is arranged concentrically to the valve center 16 and ends in the first valve seat 17. The short channel pieces 11 and 15 can also have the shape of an obliquely cut cylinder or of sections of a ring. You can from the valve seats 13 and 17 , as in F i g. 1 shown, be provided with a slightly conical or zylirtdrischen extension 31 with a conical transition. At the transition points 18 and 19 of the channel bottom 14 into the short channel pieces 11 and 15 , cover channels 20 and 21 are arranged, which protrude into the short channel pieces 11 and 15 as a continuation of the channel bottom 14. The cover screens 20 and 21 extend on both sides from center lines 22 and 23 which extend radially from the valve centers 12 and 16 . As auxiliary lines, as shown in FIG. 2, radial connecting lines 24 and 25, which lead from the cylinder center 26 to the valve centers 12 and 16 , are shown. The cover screens are on the inflow side 2.

In F i g. 2, 6 und 7 ist die Skelettlinie 27 des Einlaßkanals eingezeichnet, die in bezug auf die Zylindermitte 26 außerhalb der Ventilmitten 12 und 16 verläuft, und zwar mit größerem Abstand von der Ventilmitte 16 als von der Ventilmitte 12. Sie kann auch lediglich außerhalb der Ventilmitte 16 verlaufen. In den Punkten, in denen die radialen Verbindungslinien 24 und 25 die Skelettlinie 27 schneiden, sind die Tangenten 28 und 29 an die Skelettlinie 27 gelegt. Die Tangenten 28 und 29 schließen mit den Mittellinien 22 und 23 der Abdeckschirme einen Winkel A ein, der zwischen 20 und 40' liegen kann. Ein bevorzugter Wert des Winkels ö, bei dem die größten Umfangskomponenten über der gesamten Zylinderquerebene erzeugt werden, ist ö = 301. Die innere Seitenwand 30 des Einlaßkanals 1 tangiert die Wände der kurzen zylindrischen Kanalstücke 11 und 15. Die Tangente 28 an die Skelettlinie 27 schneidet die radiale Verbindungslinie 24 des ersten Einlaßventils 4 unter einem Winkel y" der kleiner als 90' ist. Die Tangente 29, an die Skelettlinie 27 schneidet die Verbindungslinie 25 des zweiten Einlaßventils 6 unter einem Winkel 72 von etwa 100'. Die Abdeckschirme 20, 21 können die Form eines Kreisringausschnittes, einer Sichel oder eines Kreisabschnittes haben. Bevorzugte Abmessungen der Schirmhöhe h und des Schinnwinkels a sind für den Kreisringausschnitt und den Kreisabschnitt h = 0,24 d und ei = 110' sowie h = 0,22 d und ot = 145' für die Sichelform, wobei d der kleinste Durchmesser des kurzen zylindrischen Kanalstückes ist. Die Abdeckschirme 20, 21 können durch Gießen hergestellt sein, wobei die Abrundung der Kanten und die Wandstärke des Schirmes keine große Rolle spielen. Von Einfluß auf die Luftbewegung im Zylinder sind in erster Linie das Verhältnis von Schirmfläche zu offenem Querschnitt der kurzen Kanalstücke und die Richtung der Mittellinien 22, 23 der Abdeckschirme.In Fig. 2, 6 and 7 , the camber line 27 of the inlet channel is drawn, which extends with respect to the cylinder center 26 outside the valve centers 12 and 16 , and at a greater distance from the valve center 16 than from the valve center 12. It can also only be outside the valve center 16 run. At the points at which the radial connecting lines 24 and 25 intersect the skeleton line 27 , the tangents 28 and 29 are placed on the skeleton line 27 . The tangents 28 and 29 form an angle A with the center lines 22 and 23 of the covering screens, which angle can be between 20 and 40 '. A preferred value of the angle ö, wherein the largest extent components are generated over the entire cylinder transverse plane is ö = 301. The inner side wall 30 of the inlet channel 1 is tangent to the walls of the short cylindrical channel pieces 11 and 15. The tangent 28 to the mean camber line 27 intersects the radial connecting line 24 of the first inlet valve 4 at an angle y " which is smaller than 90 ' . The tangent 29 to the skeleton line 27 intersects the connecting line 25 of the second inlet valve 6 at an angle 72 of about 100' may have the form of an annular cutout, a sickle or a circular section. h Preferred dimensions of the screen height and the shin angle a for use of the circular ring section and the circle section h = 0.24 d and ei = 110 ', and h = 0.22 d and ot = 145 'for the sickle shape, where d is the smallest diameter of the short cylindrical channel section The cover screens 20, 21 can be produced by casting, where the rounding of the edges and the wall thickness of the screen do not play a major role. The air movement in the cylinder is primarily influenced by the ratio of the screen area to the open cross-section of the short duct sections and the direction of the center lines 22, 23 of the cover screens.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Einlaßkanals kann folgendermaßen erklärt werden: Der Brennstoff wird von einer nicht dargestellten, in der Zylindermitte 26 oder in der Nähe dieser Stelle angeordneten Einspritzdüse kurz vor dem oberen Totpunkt in mehreren, meistens vier bis fünf Einzelstrahlen in den Zylinder eingespritzt. Die einzelnen Brennstoffstrahlen sind von der Düsenspitze aus nach außen radial gerichtet und verlaufen meistens leicht schräg zum Zylinderkopfboden 10 mit zunehmendem Abstand von demselben. Diese Brennstoffstrahlen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Zur Veranschaulichung der Gemischbildung geht man von der Vorstellung aus, daß die im Zylinder kreisenden Luftteilchen die Sektoren zwischen den einzelnen Brennstoffstrahlen während der Einspritzdauer gerade durchlaufen müssen, wenn die Gemischbildung gut sein soll. Dabei wird angenommen, daß der einzelne Brennstoffstrahl so verweht wird, daß er den stromabwärts liegenden nächsten Sektor etwa ausfüllt und dabei dort die zu seiner Verbrennung benötigte Luft vorfindet. Ob diese Hilfsvorstellung tatsächlich zutrifft, kann natürlich nicht mit Sicherheit gesagt werden. Fest steht jedoch, daß eine ganz bestimmte Wirbeldrehzahl bei einer bestimmten Einspritzdauer und Zahl der Brennstoffstrahlen die beste Gemischbildung ergibt. Wenn der Kolben während des Saughubes nach unten geht, wird der Zylinderinhalt auf Grund der oben beschriebenen Anordnung der Ventilöffnungen 3, 5 und Abdeckschirme 20, 21 in eine kreisende Bewegung um die Zylinderachse versetzt, die während des darauffolgenden Verdichtungshubes erhalten bleibt. Dieser Wirbel hat offensichtlich die Neigung, sich als Potentialwirbel auszubilden, für den die Beziehung r - u = konst. gilt. Darin ist r der Radius, auf dem das betreffende Luftteilchen kreist und u seine Umfangsgeschwindigkeit. Eine solche Wirbelform, bei der die Umfangsgeschwindigkeit der einzelnen Luftteilchen in der Nähe der Wirbelachse größer ist als am Zylinderumfang 8, entspricht nicht der obengenannten Forderung, daß die Sektoren zwischen den einzelnen Brennstoffstrahlen von den kreisenden Luftteilchen gerade während der Einspritzzeit durchlaufen werden. Dieser Forderung entspricht vielmehr ein sogenannter echter Wirbel, für den die Beziehung ulr = konst. gilt. Zur Erzeugung eines echten Wirbels muß die Geschwindigkeit der Luftteilchen am Zylinderumfang größer sein als in der Nähe der Wirbelachse, und dies wird offensichtlich durch die erfindungsgemäße Stellung der Abdeckschirme 20, 21 erreicht, welche bewirkt, daß die einströmende Luft nach außen gegen den Zylinderumfang 8 gedrängt wird, und zwar in einem Ausmaß, das dem Bestreben des während des Ver dichtungshubes sich selbst überlassenen Wirbels, die Form eines Potentialwirbels anzunehmen, entgegenwirkt. Es ist auch denkbar, daß eine Geschwindigkeitsverteilung, bei der die Geschwindigkeit in der Nähe des Zylinderumfanges vergleichsweise noch größer ist als bei einem echten Wirbel, eine bessere Gemischbildung ergibt, weil die Verbrennungsluft auf den einzelnen Brennstoffstrahl hauptsächlich in einem Bereich seines Weges einwirkt, in dem er stärker aufgelockert und verdampft ist als weiter innen. Jedenfalls lassen Schirmstellungen zwischen ö = 201 und ö = 40' bei den angegebenen Werten für die Winkel y, und y2 die Einstellung der jeweils günstigsten Bedingungen zu, bei denen die Verbrennung den anzustrebenden Verlauf nimmt, was sich in den besten Werten von mittlerem effektivem Druck, Lage des Drehmomentscheitels, Abgastrübung, spezifischem Brennstoffverbrauch, Druckverlauf und der Luftausnutzung äußert. Bei Winkel y, im Bereich von etwa 45 bis 55' (F i g. 6 und 7) ist die Drallgeschwindigkeit niedriger als bei Winkel y, im Bereich von etwa 60 bis 70'. Es steht jedoch keineswegs fest, daß die höchstmöglichste Drallgeschwindigkeit bei einer bestimmten Brennkraftmaschine die beste Verbrennung ergibt. Außerdem können bauliche Gesichtspunkte für die Wahl einer der Ausführungen nach F i g. 2, 6 und 7 sprechen. Es kann aber in allen diesen Fällen unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre und mittels Änderung der Fläche der Abdeckschirme 20, 21 ein zweckmäßiger Ausgleich erreicht werden.The mode of operation of the intake port described above can be explained as follows: The fuel is injected into the cylinder in several, mostly four to five individual jets shortly before top dead center by an injection nozzle (not shown) located in the center of the cylinder 26 or near this point. The individual fuel jets are directed radially outward from the nozzle tip and mostly run slightly obliquely to the cylinder head base 10 with increasing distance from the same. These fuel jets are not shown in the drawing. To illustrate the mixture formation one starts from the idea that the air particles circulating in the cylinder have to pass through the sectors between the individual fuel jets during the injection period if the mixture formation is to be good. It is assumed that the individual fuel jet is blown away in such a way that it approximately fills the next sector downstream and finds the air required for its combustion there. Of course, it cannot be said with certainty whether this auxiliary idea actually applies. What is certain, however, is that a very specific vortex speed results in the best mixture formation for a specific injection duration and number of fuel jets. If the piston goes down during the suction stroke, the cylinder contents are set in a circular motion around the cylinder axis due to the above-described arrangement of the valve openings 3, 5 and cover screens 20, 21, which is maintained during the subsequent compression stroke. This vortex obviously has the tendency to develop as a potential vortex for which the relationship r - u = const. Applies. Here r is the radius on which the air particle in question circles and u is its peripheral speed. Such a vortex shape, in which the circumferential speed of the individual air particles in the vicinity of the vortex axis is greater than on the cylinder circumference 8, does not meet the above requirement that the sectors between the individual fuel jets are traversed by the circling air particles during the injection time. Rather, this requirement corresponds to a so-called real vortex, for which the relation ulr = const. Applies. To generate a real vortex, the speed of the air particles at the cylinder circumference must be greater than in the vicinity of the vortex axis, and this is obviously achieved by the position of the cover screens 20, 21 according to the invention, which causes the inflowing air to be forced outwards against the cylinder circumference 8 to an extent that counteracts the tendency of the vortex left to itself during the compression stroke to assume the shape of a potential vortex. It is also conceivable that a speed distribution in which the speed in the vicinity of the cylinder circumference is comparatively even greater than in a real vortex results in a better mixture formation, because the combustion air acts on the individual fuel jet mainly in a region of its path in which it is more loosened and evaporated than further inside. In any case, screen positions between ö = 201 and ö = 40 'at the specified values for the angles y and y2 allow the setting of the most favorable conditions in each case, in which the combustion takes the desired course, which is reflected in the best values of mean effective pressure , Position of the torque peak, exhaust gas opacity, specific fuel consumption, pressure curve and air utilization. At angle y, in the range from approximately 45 to 55 ' ( FIGS. 6 and 7) , the twist speed is lower than at angle y, in the range from approximately 60 to 70'. However, it is by no means certain that the highest possible swirl speed results in the best combustion in a particular internal combustion engine. In addition, structural considerations for the choice of one of the designs according to FIG. 2, 6 and 7 speak. In all these cases, however, an expedient compensation can be achieved using the teaching according to the invention and by changing the area of the cover screens 20, 21.

Die Wirkung der Abdeckschirme 20, 21 ist folgendermaßen erklärbar-.The effect of the cover screens 20, 21 can be explained as follows.

Aus einem geöffneten Tellerventil strömt die Luft etwa in Richtung der Sitzfläche, d. h. schräg nach unten. Führt zu diesem Ventil ein Ventilkanal, der gleichachsig zur Ventilachse verläuft, so sind Austrittsgeschwindigkeit und Richtung der in den Zylinder tretenden Luft am gesamten Ventilumfang gleich. Eine solche Luftströmung kann keine Drehbewegung im Zylinder anfachen, denn die in einer senkrecht zur Zylinderachse verlaufenden Querebene liegenden Komponenten aller Geschwindigkeitsvektoren am Ventilumfang heben sich, da sie gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind, gegenseitig auf.From an open poppet valve, the air flows approximately in the direction of the seat, i.e. H. obliquely downwards. If a valve channel that runs coaxially to the valve axis leads to this valve, the exit speed and direction of the air entering the cylinder are the same over the entire circumference of the valve. Such an air flow cannot stimulate any rotational movement in the cylinder, because the components of all velocity vectors on the valve circumference, lying in a transverse plane running perpendicular to the cylinder axis, cancel each other out because they are of the same size and in opposite directions.

Führt ein Ventilkanal, dessen Haupterstreckungsrichtung quer zur Ventilachse verläuft, zu einem geöffneten Tellerventil, so ist die Geschwindigkeitsverteilung am Ventilumfang ungleich, und zwar ist die Geschwindigkeit der durch den Ventilspalt strömenden Luft dort am größten, wo die aus dem Ventilkanal zuströmende Luft die geringste Umlenkung erfährt und dort am kleinsten, wo ihr die größte Umlenkung aufgezwungen wird. Die in Fortsetzung der Zuströmrichtung im Ventilkanal liegenden Geschwindigkeitsvektoren sind daher am größten und damit auch ihre Komponenten in der Querebene. Eine vektorielle Addition dieser Komponenten ergibt eine einheitliche Resultierende, die der im Zylinder befindlichen Luft eine Drehbewegung aufzwingt, wenn das Ventil, wie üblich, einseitig in der Nähe des Zylinderumfanges angeordnet ist und wenn der Kanal etwa tangential zum Zylinderumfang verläuft. Addiert man die Querkomponenten der Geschwindigkeitsvektoren sämtlicher in dem Ventilkanal verlaufender Stromfäden kurz vor Erreichen der Sitzpartie vektoriell, so erhält man eine resultierende Querkomponente, die in Richtung der Skelettlinie 27 verläuft. Die Richtung dieser resultierenden Querkomponente stimmt mit der Richtung der Resultierenden aus den Querkomponenten der Geschwindigkeitsvektoren am Ventilumfang überein. Das bedeutet, daß die Richtung der Skelettlinie 27 in der Gegend kurz vor dem Ventilsitz die Hauptrichtung der aus dem Ventil strömenden Luft bestimmt.If a valve channel, the main direction of extent of which is transverse to the valve axis, leads to an open poppet valve, the speed distribution on the valve circumference is unequal, namely the speed of the air flowing through the valve gap is greatest where the air flowing in from the valve channel experiences the least deflection and smallest there, where the greatest diversion is forced upon it. The velocity vectors in continuation of the inflow direction in the valve channel are therefore greatest, and thus their components are also in the transverse plane. A vector addition of these components results in a uniform resultant which forces the air in the cylinder to rotate when the valve, as usual, is arranged on one side near the cylinder circumference and when the channel is approximately tangential to the cylinder circumference. If the transverse components of the velocity vectors of all the flow filaments running in the valve channel are added vectorially shortly before reaching the seat area, a resulting transverse component is obtained which runs in the direction of the skeleton line 27 . The direction of this resulting transverse component corresponds to the direction of the resultant from the transverse components of the velocity vectors on the valve circumference. This means that the direction of the skeleton line 27 in the area shortly before the valve seat determines the main direction of the air flowing out of the valve.

Eine ähnliche Wirkung kann durch einen am Ventilteller oder in der Nähe der Sitzfläche angebrachten Abdeckschirin erzeugt werden. Dabei wird die Geschwindigkeit der Luft an den durch den Abdeckschirm abgedeckten Teilen des Ventilumfanges durch die von dem Abdeckschirin erzeugten Wirbelungsverluste stark vermindert. Die Geschwindigkeitsvektoren an den abgedeckten Ventilumfangsteilen und damit ihre Komponenten in der Querebene sind viel kleiner als am unabgedeckten Umfang. Durch vektorielle Addition aller Querkomponenten ergibt sich eine Resultierende, in Richtung der Schirnimittellinie, und zwar mit einer Richtung von der Ventilmitte zum unabgedeckten Umfang hin. Der durch das Einlaßventil strömenden Luft wird demnach diese Richtung aufgezwungen.A similar effect can be achieved by an on or in the valve head Can be created near the seat. Thereby the speed the air to the parts of the valve circumference covered by the cover screen the vortex losses generated by the cover screen are greatly reduced. The velocity vectors on the covered peripheral valve parts and thus their components in the transverse plane are much smaller than at the uncovered scope. By vectorial addition of all Transverse components results in a resultant, in the direction of the center line of the screen, with a direction from the center of the valve to the uncovered perimeter. Of the Air flowing through the inlet valve is therefore forced in this direction.

Aus Gründen, die mit dem Gesamtaufbau des Zy- linderkopfes zusammenhängen, kann die Skelettlinie 27 eines strömungsgünstigen Einlaßkanals 1 der hier beschriebenen Art mit stetig verlaufenden Seitenwänden 30 im Bereich des ersten Einlaßventils 4 nicht tangential zum Zylinderumfang 8 verlaufen, sondern hat eine mehr zur Zylindermitte 26 hin zielende Richtung. Es ist nur mit Hilfe eines stark in sich gekrümmten Verlaufes der Seitenwände 30 möglich, eine tangentiale Richtung der Skelettlinie 27 kurz vor dem ersten Einlaßventil zu verwirklichen. Solche Krümmungen vermindern aber den Luftdurchsatz und sind in dem Zylinderkopfgußstück schlecht unterzubringen. Daher kann mit der Kanalgestaltung allein nur unter Schwierigkeiten, die oben beschriebene vorteilhafte Form des echten Wirbels oder eines Wirbels mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit am Zylinderumfang 8 erzeugt werden. Mit den be,-schriebenen Abdeckschirmen 20, 21 ist dagegen auch bei einem nicht tangentialen Verlauf der Skelettlinie 27 vor dem ersten Einlaßventil 4 die Erzeugung der vorgenannten Wirbelarten möglich.For reasons related to the overall design of the cylinder head, the camber line 27 of a flow-enhancing inlet channel 1 of the type described here with continuously running side walls 30 in the area of the first inlet valve 4 cannot run tangential to the cylinder circumference 8 , but rather has one more to the cylinder center 26 aiming direction. It is only possible with the help of a strongly curved course of the side walls 30 to realize a tangential direction of the skeleton line 27 shortly before the first inlet valve. However, such curvatures reduce the air throughput and are difficult to accommodate in the cylinder head casting. Therefore, with the channel design alone, the advantageous shape of the real vortex or a vortex described above can be produced at the cylinder circumference 8 at a relatively high speed only with difficulty. With the cover screens 20, 21 described above, however, it is possible to generate the aforementioned types of vortices even with a non-tangential course of the skeleton line 27 in front of the first inlet valve 4.

Claims

Claim: Swirl-generating inlet duct for self-igniting, air-compressing internal combustion engines with fuel injection transversely to the direction of flow of the incoming combustion air circulating in the cylinder, which leads to at least two inlet valves in the direction of flow of the incoming air, which are suspended in the direction of flow and whose outer side wall in the cylinder head is close to the cylinder periphery, the skeleton line extend through or in the vicinity of the valve centers and its channel cover and channel sole transversely to the cylinder axis, wherein the channel bottom in the region of the valve openings and the channel ceiling in the vicinity of the last valve in short, leading to the valve seats channel pieces having an approximately circular cross- . cut over, characterized gekennzeichn et that both short channel pieces (11, 15) in a known manner at the transition points (18, 19) to the channel bottom (14) on the inflow side (2) in the short channel pieces (11, 15) about in the direction of the channel bottom (14) have cover screens (20, 21) which extend on both sides of center lines (22, 23) each radially extending from the valve centers ( 14-16) , and that the angle (b) between the center lines (22 , 23) of Abdeckschirme (20, 21) and tangents (28, 29) mounted on the skeleton line (27) in d = intersections with the center of the cylinder (26) to the valve centers (12, 16) leading radial connecting lines (24, 25) and the skeleton line (27) are placed between 20 and 40 'and that the tangents (28, 29) to the skeleton line (27) the radial connecting line (24) from the cylinder center (26) to the valve center (16) of the first inlet valve (4) under a W located at the inflow fitc and facing away from the cylinder center (26) angle (yl) smaller than 901 and the radial connecting line (25) from the cylinder center (26) to the valve center (12) of the last inlet valve (6) at an angle (yJ) on the inflow side (2) facing away from the cylinder center (26) cut from about 100 ' . Considered pamphlets-. British Patent Nos. 587 276, 868 525; USA. Patent Nos. 2,318,914, 3,045,655.