DE19621635A1 - Diesel IC-engine cylinder head - Google Patents

Diesel IC-engine cylinder head

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Abstract

The Diesel engine has double inlet passages (8) and double exhaust passages (8') controlled by four valves, with a piston (2) and injector (11) for each cylinder. The axes of the valves (7,7') are parallel to the cylinder axis and the injector is parallel to the cylinder bore and central to it. The inlet passage can be formed as a twisted duct (9) and the exhaust passage can be formed as a full flow duct (10). The piston can have a combustion chamber cavity (3) with curved walls (4). the valves can be arranged asymmetrically with respect to the injection nozzle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine, die nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Derartige Brennkraftmaschi­ nen zeichnen sich durch einen besonders günstigen Kraftstoffverbrauch aus.The present invention relates to a diesel internal combustion engine, the works according to the direct injection method. Such internal combustion engine Nen are characterized by particularly low fuel consumption out.

Aus der EP 0 477 046 B1 ist ein solcher Dieselmotor bekannt, der nach dem Direkteinspritzverfahren arbeitet. Dieser Motor besitzt zwei Einlaß­ kanäle, zwei Auslaßkanäle, vier Ventile, eine Einspritzdüse und einen Kolben pro Zylinder. Dabei sind die Ventile parallel zur Zylinderachse und ist die Einspritzdüse konzentrisch zur Zylinderachse angeordnet.Such a diesel engine is known from EP 0 477 046 B1 the direct injection process works. This engine has two intakes channels, two outlet channels, four valves, one injector and one Pistons per cylinder. The valves are parallel to the cylinder axis and the injection nozzle is arranged concentrically to the cylinder axis.

Probleme bereiten bei diesem Stand der Technik jedoch die relativ rauhen Verbrennungsgeräusche. Außerdem sind die Anforderungen an die Wirt­ schaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit des Betriebs derartiger Brenn­ kraftmaschinen inzwischen deutlich gestiegen.Problems with this prior art, however, are the relatively rough ones Burning noises. In addition, the requirements for the host economy and environmental friendliness of the operation of such distillery engines have risen significantly in the meantime.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Diesel- Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher das Geräuschniveau weiter gesenkt und der Kraftstoffverbrauch weiter verringert werden kann. Zudem soll diese Brennkraftmaschine kostengünstig herstellbar sein.It is therefore an object of the present invention to provide an improved diesel To design an internal combustion engine in which the noise level further reduced and fuel consumption can be further reduced. In addition, this internal combustion engine should be inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Diesel-Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1. Denn mit dieser Merkmalskombination ist es mög­ lich, zum einen die Akustik und zum anderen die Verbrauchswerte der Diesel-Brennkraftmaschine positiv zu beeinflussen. Entscheidend sind dabei die Abstimmungen der einzelnen Komponenten aufeinander. So ist durch die Aufteilung der Einlaßkanäle in einen Drallkanal und in einen Füllkanal in allen Drehzahlbereichen eine gute Verwirbelung der Luft und eine gute Füllung des Brennraumes gewährleistet. Daher kann die Brenn­ kraftmaschine in jedem Drehzahlbereich mit einem außergewöhnlich ho­ hen Wirkungsgrad arbeiten. Aufgrund der speziellen Anordnung und Ausgestaltung der Einspritzdüse in Verbindung mit der zuvor beschriebe­ nen Verwirbelung und Füllung ist dabei eine optimale Luft-Diesel- Gemischbildung gewährleistet. Unterstützt wird die Luft-Diesel- Gemischbildung durch die besondere Ausgestaltung des Kolbens, wo­ nach dieser eine Brennraummulde mit eingezogenem Muldenrand auf­ weist. Denn in dieser Brennraummulde findet das verwirbelte Gemisch besonders günstige geometrische Gegebenheiten vor.This task is solved by the diesel internal combustion engine according to claim 1. Because with this combination of features it is possible on the one hand the acoustics and on the other hand the consumption values of the Influence diesel engine positively. Are crucial the coordination of the individual components. So is by dividing the inlet channels into a swirl channel and one Filling channel in all speed ranges a good swirl of air and  a good filling of the combustion chamber is guaranteed. Therefore the Brenn engine in every speed range with an exceptional ho hen efficiency work. Due to the special arrangement and Design of the injection nozzle in connection with the previously described Whirling and filling is an optimal air-diesel Mixture formation guaranteed. The air-diesel is supported Mixture formation through the special design of the piston, where after this a combustion chamber trough with retracted trough edge points. Because the swirled mixture takes place in this combustion chamber trough particularly favorable geometric conditions.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Ventile dieser Diesel-Brennkraftmaschine unsymmetrisch um die Einspritzdüse herum angeordnet. Dank der unsymmetrischen Anordnung der Ventile können der Drallkanal und der Füllkanal ideal zueinander positioniert sein, ohne daß zu starke Einschnürungen oder Umlenkungen der Kanäle, die das Verwirbelungs- und das Füllverhalten stören würden, erforderlich sind. Außerdem kann auf diese Weise der Aufbau des Zylinderkopfes unter op­ timaler Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes bewerkstelligt werden.According to a particularly advantageous embodiment, the valves are this diesel engine is asymmetrical around the injector arranged around. Thanks to the asymmetrical arrangement of the valves the swirl duct and the filling duct can be ideally positioned relative to one another, without excessive constriction or deflection of the channels the swirling and filling behavior would interfere. In addition, the construction of the cylinder head under op timely utilization of the available space can be accomplished.

Ferner ist es bevorzugt, daß die Achsen der Ventile maximal um einen Winkel von ca. 5° zu den Achsen der Zylinder geneigt sind.It is also preferred that the axes of the valves by a maximum Angles of approximately 5 ° to the axes of the cylinders are inclined.

Zweckmäßigerweise können die Einspritzdüsen etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder hineinragen und fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen aufweisen. Dadurch können je nach Querschnitt größere Kraftstoffmengen mit einer kurzen oder langen Einspritzdauer gefördert werden.The injection nozzles can expediently be about 1.5 to 4.0 millimeters protrude into the cylinder and five, six or seven spray orifices exhibit. This means that depending on the cross section, larger ones Fuel quantities delivered with a short or long injection period will.

Die Einspritzdüsen sollten einen Spritzwinkel von ca. 140 bis 155° aufwei­ sen. Dadurch trifft der eingespritzte Strahl fast tangential auf den Randbereich innerhalb der Brennraummulde auf. An dieser Stelle hat das verwirbelte Gemisch die maximale Geschwindigkeit.The injectors should have a spray angle of approx. 140 to 155 ° sen. As a result, the injected jet strikes the tangentially Edge area within the combustion chamber trough. At this point it has swirled mixture the maximum speed.

Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Durchmesser von Brennraummulde und Kolben 0.48 bis 0.53 und das Verhältnis von Hub und Durchmesser des Kolbens 1.05 bis 1.20. Innerhalb dieser Relationen wird der Verbrennungsvorgang der Brennkraftmaschine begünstigt. Zugleich ist dadurch eine lange Standzeit des Kolbens verwirklicht. Indem der Kolben zusätzlich noch einen gewölbten Muldenboden aufweist, kann die Standzeit des Kolbens weiter verlängert werden.The ratio of the diameter of the combustion chamber trough is preferably and pistons 0.48 to 0.53 and the ratio of stroke and diameter of the piston 1.05 to 1.20. Within these relations the Combustion process of the internal combustion engine favors. At the same time thereby achieving a long service life for the piston. By the piston  additionally has a curved trough bottom, the Service life of the piston can be extended further.

In vorteilhafter Weise arbeitet die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Verdichtung von 18 bis 22.The internal combustion engine according to the invention works in an advantageous manner with a compression of 18 to 22.

Schließlich kann eine Abgasturboladung mit Ladeluftkühlung sowie auch eine Abgasrückführung vorgesehen sein.Finally, an exhaust gas turbocharger with charge air cooling as well exhaust gas recirculation may be provided.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:The present invention will be described with reference to the two Drawing figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer schematischen, stark vereinfach­ ten Darstellung; und Figure 1 is a plan view of a cylinder of the internal combustion engine according to the invention in a schematic, highly simplified th representation. and

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II′ aus Fig. 1. Fig. 2 shows a section along the line II-II 'in FIG. 1.

In den Figuren ist ein Zylinder 1 mit einem darin auf- und abbewegbaren Kolben 2 dargestellt, wobei durch die maximale Auf- und Abbewegung des Kolbens 2 der Hub H definiert ist. Die Relation von Hub H des Kol­ bens 2 und von Durchmesser DK des Kolbens 2 beträgt ca. 1.10.In the figures, a cylinder 1 is shown with a piston 2 that can be moved up and down therein, the stroke H being defined by the maximum up and down movement of the piston 2 . The relation of stroke H of piston 2 and diameter D K of piston 2 is approximately 1.10.

An seiner Stirnseite weist der Kolben 2 eine Brennraummulde 3 mit deut­ lich eingezogenem Muldenrand 4 und zentralsymmetrisch gewölbtem Muldenboden 5 auf. Dabei ist das Verhältnis von Durchmesser DB der Brennraummulde 3 und von Durchmesser DK des Kolbens 1 ca. 0.5 und das Verhältnis der Tiefe TB der Brennraummulde 3 zum Durchmesser DB der Brennraummulde ca. 0.4.On its front side, the piston 2 has a combustion chamber bowl 3 with a recessed bowl rim 4 and a central-symmetrically curved bowl bottom 5 . The ratio of the diameter D B of the combustion chamber trough 3 and of the diameter D K of the piston 1 is approximately 0.5 and the ratio of the depth T B of the combustion chamber trough 3 to the diameter D B of the combustion chamber trough approximately 0.4.

Stirnseitig schließt sich an den Zylinder 1 der Zylinderkopf 6 an. Im Zylin­ derkopf 6 sind vier Ventile 7, 7′ vorgesehen, deren Achsen parallel zur Achse des Zylinders 1 orientiert sind. Die Ventile 7, 7′, nämlich zwei Ein­ laßventile 7 und zwei Auslaßventile 7′, sind dabei unsymmetrisch, das heißt auf verschiedenen zu dem Zylinder 1 koaxialen Kreisringen beziehungsweise in ungleichen Abständen zum Flächenmittelpunkt des Zylinders 1 angeordnet. Zu den Ventilen 7, 7′ führen zwei Einlaßkanäle 8 und zwei Auslaßkanäle 8′, wobei der kürzere der beiden Einlaßkanäle 8 als Drallkanal 9 und der längere der beiden Einlaßkanäle 8 als Füllkanal 10 ausgebildet ist.The cylinder head 6 is connected to the cylinder 1 at the end. In the Zylin derkopf 6 four valves 7 , 7 'are provided, the axes of which are oriented parallel to the axis of the cylinder 1 . The valves 7 , 7 ', namely two A lassventile 7 and two exhaust valves 7 ', are asymmetrical, that is arranged on different to the cylinder 1 coaxial circular rings or at uneven distances from the center of the area of the cylinder 1 . To the valves 7 , 7 'lead two inlet channels 8 and two outlet channels 8 ', the shorter of the two inlet channels 8 being designed as a swirl channel 9 and the longer of the two inlet channels 8 as a filling channel 10 .

Beide Einlaßventile 8 münden an einer Seite des Zylinderkopfes 6 wäh­ rend die beiden Auslaßkanäle 8′ an der anderen Seite des Zylinderkopfes 6 münden. Im Mündungsbereich sind die beiden Auslaßkanäle 8′ zu ei­ nem gemeinsamen Kanal zusammengeführt.Both intake valves 8 open on one side of the cylinder head 6 while the two exhaust ports 8 'open on the other side of the cylinder head 6 . In the mouth region, the two outlet channels 8 'are merged into a common channel.

Zwischen den Ventilen 7, 7′ und parallel dazu ist eine Einspritzdüse 11 angeordnet. Die Einspritzdüse 11 sitzt etwa mittig in der Querschnittsflä­ che des Zylinders 1 und ragt geringfügig in den Raum des Zylinders 1 hinein. An dem in den Zylinder 1 hinein ragenden Ende der Einspritzdüse 11 sind sechs Spritzöffnungen 12 vorgesehen. Die Spritzöffnungen 12 sind auf einer Kreisbahn in äquidistanten Abständen zueinander angeordnet. Im aktivierten Zustand bilden die Spritzöffnungen 12 zusammen einen Sprühwinkel α von ca. 140°. Dieser Sprühwinkel ist so dimensioniert, daß die Sprühstrahlen der Einspritzdüse 11 an der Innenseite des Muldenrandes 4 tangential auftreffen.Between the valves 7 , 7 'and in parallel, an injection nozzle 11 is arranged. The injection nozzle 11 is located approximately in the middle in the cross-sectional area of the cylinder 1 and protrudes slightly into the space of the cylinder 1 . Six spray openings 12 are provided at the end of the injection nozzle 11 which projects into the cylinder 1 . The spray openings 12 are arranged on a circular path at equidistant intervals from one another. In the activated state, the spray openings 12 together form a spray angle α of approximately 140 °. This spray angle is dimensioned such that the spray jets of the injection nozzle 11 strike the inside of the bowl rim 4 tangentially.

Claims (14)

1. Diesel-Brennkraftmaschine, mit
  • - zwei Einlaßkanälen (8), zwei Auslaßkanälen (8′), vier Ventilen (7, 7′), einer Einspritzdüse (11) und einem Kolben (2) pro Zylinder (1), wobei
  • - die Achsen der Ventile (7, 7′) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel angeordnet sind, und
  • - die Einspritzdüse (11) zur Achse des Zylinders (1) im wesentlichen parallel sowie zur Querschnittsfläche des Zylinders (1) im wesentli­ chen mittig angeordnet ist,
1. Diesel engine, with
  • - Two inlet channels ( 8 ), two outlet channels ( 8 '), four valves ( 7 , 7 '), an injection nozzle ( 11 ) and a piston ( 2 ) per cylinder ( 1 ), wherein
  • - The axes of the valves ( 7 , 7 ') to the axis of the cylinder ( 1 ) are arranged substantially parallel, and
  • - The injection nozzle ( 11 ) to the axis of the cylinder ( 1 ) substantially parallel and to the cross-sectional area of the cylinder ( 1 ) is arranged in the center Chen wesentli,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der eine Einlaßkanal (8) als Drallkanal (9) und der andere Einlaß­ kanal (8) als Füllkanal (10) ausgebildet ist, und
  • - der Kolben (2) eine Brennraummulde (3) mit eingezogenem Muldenrand (4) aufweist.
 characterized in that
  • - The one inlet channel ( 8 ) as a swirl channel ( 9 ) and the other inlet channel ( 8 ) is designed as a filling channel ( 10 ), and
  • - The piston ( 2 ) has a combustion chamber bowl ( 3 ) with a recessed bowl rim ( 4 ).
2. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventile (7, 7′) unsymmetrisch um die Einspritzdüse (11) herum angeordnet sind.2. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valves ( 7 , 7 ') are arranged asymmetrically around the injection nozzle ( 11 ). 3. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ventile (7, 7′) maximal um einen Winkel von ca. 5° zur Achse des Zylinders (1) geneigt sind. 3. Diesel internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the axes of the valves ( 7 , 7 ') are inclined at most by an angle of approximately 5 ° to the axis of the cylinder ( 1 ). 4. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) etwa 1.5 bis 4.0 Millimeter in den Zylinder (1) hineinragen.4. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) protrude approximately 1.5 to 4.0 millimeters into the cylinder ( 1 ). 5. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) fünf, sechs oder sieben Spritzöffnungen (12) aufweisen.5. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) have five, six or seven spray openings ( 12 ). 6. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) einen Spritzwinkel von ca. 140 bis 155° aufweisen.6. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) have an injection angle of approximately 140 to 155 °. 7. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen (11) mit einem maximalen Einspritzdruck von ca. 350 bar bei 1000 U/min und ca. 1000 bar bei 4000 U/min arbeiten.7. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the injection nozzles ( 11 ) work with a maximum injection pressure of approximately 350 bar at 1000 rpm and approximately 1000 bar at 4000 rpm. 8. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser (DB, DK) von Brennraummulde (3) und Kolben (2) 0.48 bis 0.53 sowie von der Tiefe (TB) der Brennraummulde und vom Durchmesser (DB) der Brennraummulde 0.37 bis 0.45 beträgt.8. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the ratio of the diameter (D B , D K ) of the combustion chamber trough ( 3 ) and piston ( 2 ) 0.48 to 0.53 and of the depth (T B ) the combustion chamber trough and the diameter (D B ) of the combustion chamber trough is 0.37 to 0.45. 9. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennraummulde (3) einen gewölbten Muldenboden (5) aufweist.9. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that the combustion chamber trough ( 3 ) has a curved trough bottom ( 5 ). 10. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hub (H) des Kolbens (2) und von Durchmesser (DK) des Kolbens (2)1.05 bis 1.20 beträgt. 10. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the ratio of stroke (H) of the piston ( 2 ) and diameter (D K ) of the piston ( 2 ) is 1.05 to 1.20. 11. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mit einer Verdichtung von 18 bis 22 arbeitet.11. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 10, there characterized in that it has a compression of 18 to 22 is working. 12. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Abgasturboladung mit Ladeluftküh­ lung vorgesehen ist.12. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, there characterized in that an exhaust gas turbocharger with charge air cooling is provided. 13. Diesel-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den Betriebsbedin­ gungen eine Abgasrückführung von maximal 70% vorgesehen ist.13. Diesel internal combustion engine according to one of claims 1 to 12, there characterized in that depending on the operating conditions a maximum of 70% exhaust gas recirculation is provided.
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