DE19755689A1

DE19755689A1 - Swirl adjusting device for IC engines

Info

Publication number: DE19755689A1
Application number: DE19755689A
Authority: DE
Inventors: Guenter Blodig
Original assignee: BLODIG GUENTER PRIV DOZ DR ING
Current assignee: BLODIG GUENTER PRIV DOZ DR ING
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-06-24

Abstract

The engine has fresh air intake control via a working piston with intake channels around the working cylinder. The channels (3) have adjustable channel dividing walls (7). These are positioned pref. directly within the channel inlet into the working cylinder (2) and pref. centrally in the channels. In neutral position, the walls are located in a plane parallel to the cylinder axis (1), and are adjustable to both sides about a pivot axis (11), which is at right angles to the cylinder axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung des Dralls bei Brennkraftmaschinen, insbesondere 2-Takt-Brennkraftmaschinen mit Gleichstromspülung.The invention relates to a device for adjusting the swirl in internal combustion engines, especially 2-stroke internal combustion engines with DC flushing.

Damit die Gemischbildung zur Erzielung einer schnellen Verbrennung und in der Folge eines hohen thermischen Wirkungsgrades möglichst bei allen Drehzahlen und Lastzuständen optimal ablaufen kann, ist eine an Drehzahl und Last angepaßte Strömungsturbulenz im Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine erforderlich. Beeinflußt wird diese durch den Drall (Swirl), walzenför mige Wirbel (Tumble) und strömungsbedingte Verwirbelungen. Da mit steigender Drehzahl im allgemeinen eine Anhebung der Strömungsturbulenzen im Arbeitszylinder einhergeht, nimmt die Notwendigkeit von zusätzlichen Maßnahmen zur Turbulenzverbesserung gleichzeitig ab. Hingegen sind bei niedrigen Drehzahlen Einrichtungen zur Turbulenzanhebung Voraussetzung zur Erzielung geringer Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen. Zu große Turbulenzen im Arbeitszylinder führen jedoch zu einer Zunahme des Wärmeübergangs vom Arbeitsmedium zu den brennraumbegrenzenden Bauteilen, die mit einer Verschlechterung des thermodynami schen Prozesses begleitet ist. Außerdem senkt eine Drallerhöhung den Liefergrad und somit die erzielbare Zylinderleistung. Daher ist eine kontinuierliche Anpassung der Strömungsturbulenz im Arbeitszylinder an Drehzahl und Last notwendig, wenn gleichzeitig hohe Leistung sowie niedriger Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß im gesamten Kennlinienfeld der Brenn kraftmaschine erreicht werden sollen. Für eine solche Anpassung wird vorzugsweise die Varia tion des Dralls genutzt.So that the mixture formation to achieve a rapid combustion and subsequently a high thermal efficiency, ideally at all speeds and load conditions can occur is a flow turbulence in the working cylinder that is adapted to the speed and load the internal combustion engine required. This is influenced by the swirl, roller-shaped moderate eddies (tumble) and flow-related eddies. Since with increasing speed in generally accompanied by an increase in flow turbulence in the working cylinder the need for additional measures to improve turbulence at the same time. On the other hand, facilities for increasing turbulence are required at low speeds to achieve low fuel consumption and pollutant emissions. Turbulence too great in the working cylinder, however, lead to an increase in heat transfer from the working medium to the components that limit the combustion chamber, with a deterioration in the thermodynami process is accompanied. In addition, increasing the swirl reduces the delivery rate and thus the achievable cylinder performance. Therefore there is a continuous adjustment of the flow turbulence In the working cylinder in terms of speed and load necessary if at the same time high performance and low fuel consumption and pollutant emissions in the entire characteristic curve of the Brenn engine to be achieved. The Varia is preferably used for such an adjustment tion of the twist used.

Im Aufsatz von Mikulic, A. u. a.: "Sequentielle Einspritzstrategien für verbrauchsoptimierte Ot tomotorenkonzepte" Motortechnische Zeitschrift (MTZ) 51 (1990) 7/8, Seite 291, Bild 14 wird eine Einlaßkanalkonfiguration beschrieben, die für eine Brennkraftmaschine mit zwei Ein laßventilen je Arbeitszylinder vorgesehen ist. Sie besteht aus zwei unterschiedlich gestalteten Einlaßkanälen, die als Neutral- beziehungsweise Tangentialkanal ausgebildet sind. Der Neutral kanal sorgt für eine drallfreie Zuführung der Frischladung in den Arbeitszylinder und verfügt über eine Drosselklappe. Der Tangentialkanal hingegen ermöglicht ein drallbehaftetes Einströ men der Frischladung in den Arbeitszylinder. Bei niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine wird mittels der Drosselklappe der gesamte Kanalquerschnitt des Neutralkanals verschlossen, so daß die Frischladung nur über den drallerzeugenden Tangentialkanal dem Arbeitszylinder zugeführt wird. Der hohe Drall im Arbeitszylinder und die gleichzeitig einhergehende Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit im Tangentialkanal bewirken die angestrebte Turbulenzanhe bung und im weiteren eine Verbesserung der Gemischbildung und Verbrennung im unteren Drehzahlbereich. Wird dieser Drehzahlbereich überschritten, öffnet die Drosselklappe den Neutralkanal, und die Zufuhr der Frischladung erfolgt wieder über beide Einlaßkanäle. Die Erzielung eines ausreichenden Dralls ist mit einer starken Drosselung des Ladungswechsels verbunden, die sich nachteilig auf die Ladungswechselarbeit und somit den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Für 2-Takt-Brennkraftmaschinen ist diese Drallregelung nur nutzbar, wenn eine Gleichstromspülung zur Anwendung gelangt, deren Frischladungszufuhr über die im Zylinder kopf angeordneten Ventile und der Abgasaustritt über im Arbeitszylinder befindliche Auslaßka näle erfolgt. Derartige Konfigurationen zur Anordnung der Einlaß- und Auslaßelemente sind jedoch unüblich.In the article by Mikulic, A. u. a .: "Sequential injection strategies for consumption-optimized Ot tomotorenkonzepte "Motortechnische Zeitschrift (MTZ) 51 (1990) 7/8, page 291, picture 14 describes an intake port configuration that is suitable for an internal combustion engine with two let valves per cylinder is provided. It consists of two different designs Inlet channels that are designed as a neutral or tangential channel. The neutral duct ensures that the fresh load is fed into the working cylinder without twists and has via a throttle valve. The tangential channel, on the other hand, enables a swirling inflow fresh charge into the working cylinder. At low engine speed the entire channel cross section of the neutral channel is closed by means of the throttle valve, so that the fresh charge only via the swirl-generating tangential channel to the working cylinder is fed. The high twist in the working cylinder and the accompanying increase the flow velocity in the tangential channel cause the desired turbulence exercise and further improving the mixture formation and combustion in the lower Speed range. If this speed range is exceeded, the throttle valve opens the Neutral channel, and the fresh charge is again supplied via both inlet channels. The Adequate swirl is achieved with a strong throttling of the gas exchange connected, which adversely affects the gas exchange work and thus fuel consumption affects. For 2-stroke internal combustion engines, this swirl control can only be used if one DC flushing is used, the fresh charge supply via the in the cylinder Valves arranged in the head and the exhaust gas outlet via the outlet valve located in the working cylinder channels. Such configurations are for the arrangement of the inlet and outlet elements however unusual.

In der Firmenschrift der HONDA Deutschland GmbH Offenbach: "Innovative Technik von HONDA; Variable Ventilsteuerung", Prospekt 04/1992, Seiten 19 bis 23 wird eine Vorrich tung zur Verstellung des Dralls vorgestellt, bei der unterhalb einer Drehzahl von 2500/min eines der beiden Einlaßventile deaktiviert ist. Das deaktivierte Ventil wird nur um 0,65 Milli meter geöffnet. Im Einlaßkanal des weiterhin voll öffnenden Ventils stellt sich eine höhere Stromungsgeschwindigkeit ein, die eine Zunahme der Verwirbelung von Luft und Kraftstoff zur Folge hat und auf diese Weise die Gemischbildung und Verbrennung verbessert. Nachteilig ist der hohe Aufwand, der zur Variation des Dralls notwendig ist. Die Anwendung bleibt wei testgehend auf 4-Takt-Brennkraftmaschinen beschränkt. Bei 2-Takt-Brennkraftmaschinen ist diese Drallregelung nur für solche Ausführungen anwendbar, die gleichstromgespült und deren Einlaßsteuerelemente im Zylinderkopf und Auslaßsteuerelemente im Arbeitszylinder angeord net sind.In the company lettering of HONDA Deutschland GmbH Offenbach: "Innovative technology from HONDA; Variable valve control ", brochure 04/1992, pages 19 to 23 becomes a Vorrich device for adjusting the swirl is presented at a speed below 2500 / min one of the two inlet valves is deactivated. The deactivated valve is only increased by 0.65 milli meters open. In the inlet channel of the valve, which continues to open fully, there is a higher one Flow rate, which is an increase in the swirling of air and fuel has the consequence and in this way improves mixture formation and combustion. Disadvantageous is the high effort required to vary the twist. The application remains white Test limited to 4-stroke internal combustion engines. With 2-stroke internal combustion engines this swirl control can only be used for versions that are flushed with direct current and their Inlet controls in the cylinder head and exhaust controls in the cylinder are not.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Erzielung einer kontinuierlichen Verstellung des Dralls bei 2-Takt-Brennkraftmaschinen mit Gleichstromspülung eine Vorrichtung zu gestalten, die besonders einfach und wirkungsvoll ist und bei Variation des Dralls den Ladungsmengendurch satz und die Ladungswechselarbeit nicht wesentlich beeinträchtigt.The object of the invention is to achieve a continuous adjustment of the swirl to design a device in 2-stroke internal combustion engines with DC flushing, the is particularly simple and effective and with variation of the swirl the amount of charge through rate and the gas exchange work not significantly affected.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einzelne oder alle Einlaßkanäle mit verstellbaren Kanaltrennwänden versehen sind, die vorzugsweise im unmittelbaren Bereich des Kanaleintritts in den Arbeitszylinder und vorzugsweise mittig im Einlaßkanal angeordnet sind. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Mittelstellung der Kanaltrennwände sich in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene befindet, von der aus die Kanaltrennwände um eine in der Projektion senkrecht zur Zylinderachse angeordnete Schwenkachse nach beiden Seiten verstellbar sind.According to the invention this object is achieved in that individual or all of the inlet channels adjustable duct partitions are provided, which are preferably in the immediate area of the Channel entry into the working cylinder and are preferably arranged centrally in the inlet channel. Another feature of the invention is that the central position of the channel partitions is in a plane parallel to the cylinder axis, from which the channel partitions around a pivot axis arranged in the projection perpendicular to the cylinder axis to both Sides are adjustable.

Es kann zweckmäßig sein, einzelne Einlaßkanäle mit mehreren nebeneinanderliegenden, ver stellbaren Kanaltrennwänden zu versehen.It may be appropriate to have individual inlet ducts with several juxtaposed, ver adjustable duct partitions.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der einfachen, schnellen und wirkungsvol len Verstellung des Dralls bei Brennkraftmaschinen, die besondere Voraussetzungen zum Er zielen geringer Kraftstoffverbräuche und Schadstoffemissionen besitzen. Sie ermöglicht darü ber hinaus eine innere Abgasrückführung einschließlich Variation der Abgasrückführrate, so daß auf aufwendige Einrichtungen zur äußeren Abgasrückführung, die häufig zur Erzielung geringen Stickoxidausstoßes eingesetzt werden, verzichtet werden kann. Bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen verschmutzen durch die äußere Abgasrückführung die frischladungsfüh renden Leitungen und Kanäle einschließlich Verdichter. Die Verschmutzung hat bei Verdich tern eine Reibungszunahme zur Folge, die bei mechanisch angetriebenen Verdichtern zu einer Senkung des mechanischen Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine und bei turbinenangetrie benen Verdichtern zu einem Drehzahlabfall und somit zu einer Ladedruckreduzierung führt. In Extremfällen kommt es zum völligen Stillstand des Abgasturboladers. Desweiteren ermöglicht die Erfindung die Realisierung eines drallfreien beziehungsweise drallarmen Ladungswechsels, der zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens der Brennkraftmaschine beiträgt.The advantages achieved by the invention are simple, fast and effective len adjustment of the twist in internal combustion engines, the special requirements for the Er aim to have low fuel consumption and pollutant emissions. It enables In addition, an internal exhaust gas recirculation including variation of the exhaust gas recirculation rate, so that on complex facilities for external exhaust gas recirculation, often to achieve low nitrogen oxide emissions can be used, can be dispensed with. When charged Internal combustion engines pollute the fresh charge through the external exhaust gas recirculation pipes and ducts including compressors. Pollution has at Verdich t result in an increase in friction, which in the case of mechanically driven compressors leads to an increase in friction Reduction of the mechanical efficiency of the internal combustion engine and in the case of turbine drives compressors leads to a drop in speed and thus to a boost pressure reduction. In In extreme cases, the exhaust gas turbocharger comes to a complete standstill. Furthermore enables the invention the realization of a swirl-free or low-swirl charge change, which contributes to improving the cold start behavior of the internal combustion engine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgen den näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and will follow in the following the described in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 einen durch den Arbeitszylinder und einen Einlaßkanal verlaufenden Längschnitt, Fig. 1 is a plane passing through the working cylinder and having an inlet channel longitudinal section,

Fig. 2 einen durch den Arbeitszylinder und einen Einlaßkanal verlaufenden Querschnitt und Fig. 2 shows a cross section through the working cylinder and an inlet channel and

Fig. 3 einen durch einen Einlaßkanal verlaufenden Querschnitt, der jeweils senkrecht zu den in Fig. 1 und Fig. 2 enthaltenen Einlaßkanalschnitten steht. Fig. 3 is a plane passing through an intake duct cross-section which is perpendicular to each of the information contained in FIG. 1 and FIG. 2 inlet duct sections.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung für eine 2-Takt-Brennkraftmaschine mit Gleichstromspülung. Der beispielhaft parallel zur Zylinderach se 1 des Arbeitszylinders 2 verlaufende Einlaßkanal 3 wird durch einen Ringkanal 4, der zwi schen der Höhe der Einlaßkanalfenster 5 und den nicht näher dargestellten Auslaßkanälen an geordnet ist und weitere Einlaßkanäle 3 versorgt, gespeist. Die Öffnung und Schließung der Einlaßkanalfenster 5 geschieht durch den Arbeitskolben 6 und die der nicht näher dargestellten Auslaßkanäle mittels eines zweiten Arbeitskolbens, eines oder mehrerer Drehschieber oder ei nes oder mehrerer Ventile. Die um den Arbeitszylinder 2 einzeln oder in Gruppen vorzugswei se gleichmäßig verteilt angeordneten Einlaßkanäle 3 münden vorzugsweise rechtwinklig in den Arbeitszylinder 2 und sind auf den Umfang eines oder mehrerer zur Zylinderachse 1 zentrisch angeordneter Kreise, die ebenfalls nicht näher dargestellt sind, tangential gerichtet. Die Durch messer der Kreise weisen etwa ein bis neun zehntel des Durchmesserbetrages von Arbeitszylin der 2 aus. Bei Brennkraftmaschinen mit mehreren nebeneinander angeordneten Arbeitszylin dern 2 wird der Ringkanal 4 vorzugsweise von beiden Längsseiten der Brennkraftmaschine aus mit Frischladung beaufschlagt. Der Einlaßkanal 3 verfügt über eine schwenkbare Kanaltrenn wand 7, die im Gehäuse 8 und in der Wandung 9 des Arbeitszylinders 2 gelagert ist und deren Verstellung mittels Hebels 10 um die Schwenkachse 11 ausgeführt wird. Eine beispielhafte An ordnung eines Einlaßkanals 3 in einem zur Zylinderachse 1 des Arbeitszylinders 2 rechtwinklig verlaufenden Schnitt zeigt Fig. 2. Bei neutraler Stellung der Kanaltrennwand 7, bei der sie die durch die Einlaßkanalrichtung vorgegebene Strömungsrichtung nicht beeinflußt, stellt sich im Arbeitszylinder 2 entsprechend Fig. 2 eine dem Uhrzeigersinn entgegen gerichteter Drall der Frischladung ein. Dieser Drall kann durch den in Fig. 3 veranschaulichten Schwenkwinkel 12 der verstellbaren Kanaltrennwand 7 in seiner Intensität beeinflußt werden. Er besteht aus den beiden Teilschwenkwinkeln 13 und 14, die vorzugsweise ungleich groß sind. Der Teilschwenk winkel 13 dient, bei beispielhafter tangentialer Ausrichtung des Kanaleintritts 5 in den Arbeits zylinder 2 entsprechend Fig. 2, der Reduzierung des Frischladungsdralls, dessen Intensitätsbe darf insbesondere während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine gering ist. Der Teil schwenkwinkel 14 ermöglicht bei seiner Vergrößerung eine Drallanhebung. Er sorgt für eine Anpassung des Frischladungsdralls an die für die Gemischbildung erforderliche Drallintensität. Die Verstellung der Kanaltrennwand 7 in den einzelnen, um den Arbeitszylinder 2 angeordne ten Einlaßkanälen 3 erfolgt vorzugsweise kontinuierlich. Die Verstellung aller Kanaltrennwän de 7 geschieht vorzugsweise gleichzeitig und um den gleichen Winkelbetrag, zur Erzielung besonderer Dralleffekte, beispielsweise zur Variation der Abgasrückführrate, jedoch auch um gänzlich oder teilweise ungleiche Winkelbeträge. Fig. 1 illustrates an embodiment of the adjustment device according to the invention for a 2-stroke internal combustion engine with DC flushing. The example parallel to the cylinder axis 1 of the working cylinder 2 inlet channel 3 is fed by an annular channel 4 , the rule between the height of the inlet channel window 5 and the outlet channels, not shown, and supplies further inlet channels 3 . The opening and closing of the inlet channel window 5 is done by the working piston 6 and that of the outlet channels, not shown, by means of a second working piston, one or more rotary valves or egg nes or more valves. The inlet channels 3 arranged around the working cylinder 2 individually or in groups are preferably distributed at right angles into the working cylinder 2 and are tangentially directed to the circumference of one or more circles centered on the cylinder axis 1 , which are also not shown. The diameter of the circles shows about one to nine tenths of the diameter of working cylinder 2 . In internal combustion engines with several juxtaposed Arbeitszylin countries 2 , the ring channel 4 is preferably acted upon from both longitudinal sides of the internal combustion engine with fresh charge. The inlet channel 3 has a pivotable channel partition wall 7 , which is mounted in the housing 8 and in the wall 9 of the working cylinder 2 and whose adjustment is carried out by means of lever 10 about the pivot axis 11 . An exemplary An order of an intake passage 3 in a to the cylinder axis 1 of the working cylinder 2 perpendicular section, Fig. 2. In the neutral position of the channel partition 7 at which it does not affect the predetermined through the inlet channel towards the direction of flow, is located in the working cylinder 2 according to FIG. 2 a counterclockwise swirl of the fresh charge. This swirl can be influenced in its intensity by the swivel angle 12 of the adjustable duct partition 7 illustrated in FIG. 3. It consists of the two partial pivot angles 13 and 14 , which are preferably of different sizes. The partial swivel angle 13 serves, with an exemplary tangential orientation of the channel inlet 5 in the working cylinder 2 according to FIG. 2, to reduce the fresh charge swirl, the intensity of which may be low, in particular during the cold start phase of the internal combustion engine. The part pivot angle 14 allows a swirl increase when it is enlarged. It ensures that the fresh charge swirl is adapted to the swirl intensity required for the mixture formation. The adjustment of the channel partition 7 in the individual, around the working cylinder 2 angeordne th inlet channels 3 is preferably carried out continuously. The adjustment of all Kanaltrennwän de 7 is preferably done simultaneously and by the same angular amount to achieve special swirl effects, for example to vary the exhaust gas recirculation rate, but also by completely or partially unequal angular amounts.

Claims

1. Device for adjusting the twist in internal combustion engines, in particular 2-stroke internal combustion engines with DC flushing, the control of the fresh charge entry into the working cylinder by a working piston and arranged around the working cylinder te inlet channels, characterized in that inlet channels ( 3 ) with adjustable channel partitions ( 7 ) are provided, which are preferably arranged in the immediate area of the channel inlet into the working cylinder ( 2 ) and preferably centrally in the inlet channel ( 3 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that when the channel partition walls ( 7 ) are in neutral position, they are located in a plane parallel to the cylinder axis ( 1 ), from which they are arranged around a pivot axis (in the projection perpendicular to the cylinder axis ( 1 )) 11 ) are adjustable on both sides.

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that an inlet channel ( 3 ) with a plurality of adjacent, the adjustable channel partitions ( 7 ) is provided.