DE202016005696U1 - Inlet channel with variable geometry for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Einlasskanal mit variabler Geometrie (10) für einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung (1) mit mindestens einem Zylinder (4), umfassend eine im Wesentlichen röhrenförmige Wand (10), mit einem Eingang (19) und einem Ausgang (20) für einen Fluidfluss, wobei dem Ausgang (20) mindestens ein ringförmiger Sitz (14) für ein Ansaugventil (12) zugeordnet ist; wobei der Kanal (10) aufweist einen Axialabschnitt am Eingang (21), einen Axialabschnitt am Ausgang (23) und einen mittleren Axialabschnitt (22), wobei der mittlere Axialabschnitt (22) mit einer Längsscheidewand (24) ausgestattet ist, die den Kanal (10) in einen ersten und in einen zweiten, jeweils oberen und unteren, Durchgang (25, 26) aufteilt, wobei der erste Durchgang (25) im Wesentlichen auf die Ausgangsöffnung (20) ausgerichtet ist und der zweite Durchgang (26) im Axialabschnitt am Ausgang (23) des Kanals (10) seitlich in den ersten Durchgang (25) mündet, oberhalb des Ventilsitzes (14) und eine untere Wand (26a) aufweist, die geeignet ist, den Fluss, der durch den zweiten Durchgang (26) fließt, tangential in Richtung der Ausgangsöffnung (20), die bei Betrieb dem zentralen Teil der Brennkammer (6) zugewandt ist, umzuleiten und wobei der Axialabschnitt am Eingang (21) des Kanals (10) mit einem Flussverteiler-Element (30) ausgestattet ist, das geeignet ist: – eine erste und eine zweite Betriebsstellung einzunehmen, in der der von der Eingangsöffnung (19) kommende Fluss zumindest überwiegend in Richtung des ersten Durchgangs (25) und jeweils in Richtung des zweiten Durchgangs (26) geleitet wird, und – eine Vielzahl von Betriebsstellungen zwischen der ersten und zweiten Stellung einzunehmen, wobei jeder Zwischenstellung ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Durchflussmengen der Flüsse, die durch den ersten (25) und den zweiten Durchgang (26) fließen, zugeordnet ist.A variable geometry inlet duct (10) for a spark-ignited internal combustion engine (1) having at least one cylinder (4) comprising a substantially tubular wall (10) having an inlet (19) and an outlet (20) for fluid flow at least one annular seat (14) for an intake valve (12) is associated with the outlet (20); the channel (10) having an axial section at the inlet (21), an axial section at the outlet (23) and a central axial section (22), the central axial section (22) being provided with a longitudinal separating wall (24) forming the channel ( 10) in a first and in a second, respectively upper and lower, passage (25, 26), wherein the first passage (25) is substantially aligned with the outlet opening (20) and the second passage (26) in the axial section on Outlet (23) of the channel (10) laterally into the first passage (25) opens, above the valve seat (14) and a lower wall (26 a) which is adapted to the flow which flows through the second passage (26) tangentially directed towards the exit port (20) which, in use, faces the central portion of the combustion chamber (6), and wherein the axial section at the entrance (21) of the passage (10) is equipped with a flow distributor element (30); which is suitable: - a first and e to assume a second operating position, in which the flow coming from the inlet opening (19) is directed at least predominantly in the direction of the first passage (25) and respectively in the direction of the second passage (26), and a plurality of operating positions between the first and second Taking position, each intermediate position is associated with a corresponding ratio between the flow rates of the rivers flowing through the first (25) and the second passage (26).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Einlasskanal mit variabler Geometrie für einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung mit mindestens einem Zylinder, wobei der Kanal eine im Wesentlichen röhrenförmige Wand umfasst, die einen Eingang und einen Ausgang für einen Fluidfluss aufweist, wobei dem Ausgang mindestens ein ringförmiger Sitz für ein Ansaugventil zugeordnet ist.The present invention relates to a variable geometry inlet duct for a spark-ignition internal combustion engine having at least one cylinder, the duct comprising a substantially tubular wall having an inlet and an outlet for fluid flow, the outlet having at least one annular seat for an intake valve assigned.
Es ist bekannt, dass es unter einigen Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors, wie z. B. bei Betrieb unter niedriger Last und niedriger Drehzahl, vorteilhaft ist, die Turbulenz im Inneren der Zylinder mittels Vorrichtungen, die die Geometrie der Einlasskanäle verändern, zu steigern, wie zum Beispiel in
Die Steigerung der Turbulenz führt zu einer schnelleren und stabileren Verbrennung, wodurch im Allgemeinen eine deutliche Verringerung des Kraftstoffverbrauchs erreicht wird.The increase in turbulence results in faster and more stable combustion, which generally results in a significant reduction in fuel consumption.
Die Steigerung der Turbulenz wird im Allgemeinen durch den Gebrauch von Vorrichtungen erreicht, die eine Steigerung der Bewegungen ermöglichen, die in der Literatur und bei Fachleuten als „Tumble”-Bewegungen bekannt sind, d. h. Makrowirbel, die während der Ansaugphase (wenn das oder die Ansaugventil(e) geöffnet sind), um eine zur Zylinderachse im wesentlichen rechtwinklige Achse erzeugt werden.The increase in turbulence is generally achieved through the use of devices that allow for an increase in the motion known in the literature and in the art as "tumble" movements; H. Macro-vortex created during the intake phase (when the intake valve (s) are open) about an axis substantially perpendicular to the cylinder axis.
Um das Ausmaß der Tumble-Bewegungen zu steigern, muss der Fluidfluss, der aus dem Einlasskanal strömt, so gelenkt werden, dass seine tangentiale Komponente der Geschwindigkeit gegenüber einer zur Zylinderachse rechtwinkligen Achse gesteigert wird.In order to increase the extent of tumble motions, the fluid flow flowing out of the inlet channel must be directed to increase its tangential component of velocity with respect to an axis perpendicular to the cylinder axis.
Folglich ist die Steigerung der Turbulenz immer mit einer Strömungsverringerung des effektiven Durchgangsabschnitts durch die Ansaugventile verknüpft, um die genannten Komponenten der Tangentialgeschwindigkeit zu steigern. Dies führt zu einer Verringerung der „Permeabilität” des Einlasskanals, d. h. des Durchflusskoeffizienten, der die maximale Leistung des Motors einschränkt.Consequently, the increase in turbulence is always associated with a flow reduction of the effective passage section through the intake valves to increase said components of the tangential velocity. This leads to a reduction of the "permeability" of the inlet channel, i. H. the flow coefficient, which limits the maximum power of the motor.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Einlasskanals mit variabler Geometrie, der im Gegensatz zu den bereits vorgeschlagenen Lösungen, bei hohen Drehzahlen und hohen Lasten des Verbrennungsmotors mit einem maximalen Durchflussfaktor betrieben werden kann, der dem entspricht, der mit einem Einflusskanal, der für Höchstleistungen optimiert wurde, erreicht worden wäre. Unter den Begriffen hohe Drehzahl und hohe Last sind z. B. bei einem Ladermotor Drehzahlen des Motors von größer als 4000 rpm und Lasten mit PME (effektiver Mitteldruck) von größer als 15 bar und bei einem Saugmotor von größer als 8 bar zu verstehen.An object of the present invention is to produce a variable geometry inlet duct which, in contrast to the solutions already proposed, can be operated at high engine speeds and high loads with a maximum flow factor equal to that provided with an inflow duct designed for Maximum performance was optimized would have been achieved. Under the terms high speed and high load are z. B. in a supercharger motor speeds of the engine of greater than 4000 rpm and loads with PME (effective mean pressure) of greater than 15 bar and to understand in a naturally aspirated engine of greater than 8 bar.
Der Durchflusskoeffizient kann in einer Strömungsbank mit einer zwischen stromauf und stromab vorbestimmten Druckdifferenz ΔP bestimmt werden und wird, für einen vorab festgelegten Ventilhub, als das Verhältnis zwischen dem gemessenen Durchfluss und dem mit einem isentropen Fluss in einem Bezugsabschnitt mit demselben ΔP berechneten Durchfluss (der Bezugsabschnitt ist im Allgemeinen die Fläche eines Kreises, der einen gleichen Durchmesser wie die Motorbohrung aufweist) definiert: worin
- mmeasured
- der gemessene Durchfluss ist,
- AK
- die oben genannte Bezugsfläche ist,
- P01
- der Druck stromauf des Kanals ist,
- R
- die universelle Gaskonstante ist,
- T01
- die Temperatur stromauf des Kanals ist,
- k
- das Verhältnis zwischen der spezifischen Wärme bei konstantem Druck und der spezifischen Wärme bei konstantem Volumen des Fluidflusses ist und
- P02
- der Druck stromab des Kanals (Zylinderdruck) ist.
- m measured
- the measured flow is,
- A K
- the above reference surface is,
- P 01
- the pressure upstream of the channel is
- R
- the universal gas constant is,
- T 01
- the temperature is upstream of the channel,
- k
- the ratio between the specific heat at constant pressure and the specific heat at constant volume of the fluid flow is and
- P 02
- the pressure is downstream of the duct (cylinder pressure).
In der Regel kann ein Einlasskanal mit hohem Durchflusskoeffizienten einen αk-Wert zwischen 0,13 und 0,18 aufweisen. Typically, a high flow coefficient inlet channel may have an α k value between 0.13 and 0.18.
Das oben genannte Ziel wird erfindungsgemäß durch einen wie anfangs definierten Einlasskanal mit variabler Geometrie erreicht, welcher umfasst
einen Axialabschnitt am Eingang, einen Axialabschnitt am Ausgang und einen mittleren Axialabschnitt,
wobei der mittlere Axialabschnitt mit einer Längsscheidewand ausgestattet ist, die den Kanal in einen ersten und in einen zweiten, jeweils oberen und unteren Durchgang aufteilt; wobei
der erste Durchgang im Wesentlichen auf die Ausgangsöffnung ausgerichtet ist und der zweite Durchgang im Axialabschnitt am Ausgang des Kanals seitlich in den ersten Durchgang mündet, oberhalb des Ventilsitzes und eine untere Wand aufweist, die geeignet ist, den Fluss, der durch den zweiten Durchgang fließt, tangential in Richtung der Ausgangsöffnung, die bei Betrieb dem zentralen Teil der Brennkammer des zugeordneten Zylinders zugewandt ist, umzuleiten und wobei
der Axialabschnitt am Eingang des Kanals mit einem Flussverteiler-Element ausgestattet ist, das geeignet ist im Verhältnis zur Längsscheidewand:
- – eine erste und eine zweite Betriebsstellung einzunehmen, in der der von der Eingangsöffnung kommende Fluss zumindest überwiegend in Richtung des ersten Durchgangs und jeweils in Richtung des zweiten Durchgangs geleitet wird, und
- – eine Vielzahl von Betriebsstellungen zwischen der ersten und zweiten Stellung einzunehmen, wobei jeder Zwischenstellung ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Durchflussmengen der Flüsse, die durch den ersten und den zweiten Durchgang fließen, zugeordnet ist.
an axial section at the entrance, an axial section at the exit and a central axial section,
the central axial section being provided with a longitudinal septum dividing the channel into first and second, respectively upper and lower passages; in which
the first passage is substantially aligned with the exit port and the second passage in the axial section at the exit of the passage opens laterally into the first passage, above the valve seat and has a bottom wall adapted to flow through the second passage; tangentially in the direction of the outlet opening, which in operation faces the central part of the combustion chamber of the associated cylinder, and wherein
the axial section at the entrance of the channel is equipped with a flow distributor element which is suitable in relation to the longitudinal separation wall:
- To assume a first and a second operating position, in which the flow coming from the inlet opening is directed at least predominantly in the direction of the first passage and respectively in the direction of the second passage, and
- To occupy a plurality of operating positions between the first and second positions, each intermediate position being associated with a corresponding ratio between the flow rates of the flows flowing through the first and second passages.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung offenbart, die rein beispielhaften, nicht einschränkenden Charakter hat und sich auf die beigefügten Figuren bezieht, wobeiFurther characteristics and advantages of the invention are disclosed in the following detailed description, which is of a purely exemplary, non-limiting nature and refers to the attached figures, wherein
die
In den Figuren ist mit
Mit
Im Zylinder
Im Kopf
Der Einlasskanal
Der Kanal
Der mittlere Axialabschnitt
Der erste Durchgang
Der zweite Durchgang
Der zweite Durchgang
Der Axialabschnitt am Eingang
Das Flussverteiler-Element
- – eine erste und eine zweite Betriebsstellung einzunehmen (wie jeweils in
den 1 und2 gezeigt), in der dervon der Eingangsöffnung 19 kommende Fluss zumindest überwiegend, und vorzugsweise vollständig, in Richtung des ersten Durchgangs und jeweils in Richtung des zweiten Durchgangs26 geleitet wird, sowie - – eine Vielzahl von Betriebsstellungen zwischen der ersten und zweiten Position einzunehmen (
3 ), wobei jeder Zwischenstellung ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Durchflussmengen der Flüsse, die durch den ersten und den zweitenDurchgang 25 und26 fließen, zugeordnet ist.
- - to occupy a first and a second operating position (as in each case in the
1 and2 shown), in which of the entrance opening19 incoming flow at least predominantly, and preferably completely, in the direction of the first passage and in each case in the direction of thesecond passage 26 is directed as well - To assume a plurality of operating positions between the first and second positions (
3 ), each intermediate position being a corresponding ratio between the flow rates of the rivers passing through the first andsecond passages 25 and26 flow, is assigned.
Die Betriebsstellung des Flussverteiler-Elements
In
Wenn stattdessen das Flussverteiler-Element
Das oben beschriebene System ermöglicht zudem das Flussverteiler-Element
Durch angemessene Positionierung des Flussverteiler-Elements
Unbeschadet des Erfindungsgrundsatzes können selbstverständlich die Ausführungsformen und die Details der Ausführung weitgehend gegenüber dem was beschrieben und rein beispielhaft, nicht einschränkend gezeigt wurde, geändert werden, ohne deshalb aus den in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindungsbereich zu fallen.Without prejudice to the principles of the invention, it should be understood that the embodiments and details of the embodiment may be varied substantially from what has been described and shown by way of example, not limitation, without thereby falling within the scope of the invention as defined in the appended claims.
Der Einlasskanal umfasst eine röhrenförmige Wand (
Der Kanal (
Der mittlere Axialabschnitt (
Der erste Durchgang (
Der Axialabschnitt am Eingang (
- – eine erste und eine zweite Betriebsstellung einzunehmen, in der der von der Eingangsöffnung (
19 ) kommende Fluss in Richtung des ersten Durchgangs (25 ) und jeweils in Richtung des zweiten Durchgangs (26 ) geleitet wird, und - – eine Vielzahl von Betriebsstellungen zwischen der ersten und zweiten Stellung einzunehmen, wobei jeder Zwischenstellung ein entsprechendes Verhältnis zwischen den Durchflussmengen der Flüsse, die durch den ersten (
25 ) und den zweiten Durchgang (26 ) fließen, zugeordnet ist.
- - occupy a first and a second operating position, in which the one from the inlet opening (
19 ) coming river in the direction of the first passage (25 ) and in each case in the direction of the second passage (26 ), and - To assume a plurality of operating positions between the first and second positions, each intermediate position having a corresponding relationship between the flow rates of the flows passing through the first
25 ) and the second passage (26 ) flow, is assigned.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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