DE2716309A1 - Inlet valve passage for IC engine - has insert with guide blades to impart turbulence to entering mixture - Google Patents
Inlet valve passage for IC engine - has insert with guide blades to impart turbulence to entering mixtureInfo
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Abstract
Description
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BRENNKRAFTMASCHINECOMBUSTION ENGINE
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem zum Ansaugen von Frischluft dienenden Einlaßkanal und einer darin angeordneten, einen Teilluftstrom erzeugenden Einrichtung.The invention relates to an internal combustion engine with a for Suction of fresh air serving inlet duct and a device arranged therein which generates a partial air flow.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine obiger Art gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2 300 180 ist der Einlaßkanal spiralförmig ausgebildet, um der angesaugten Frischluft um die Achse des Einlaßventils eine kreisende bzw. spiralförmige Luftströmung zu verleihen. Diese Luftströmung wird vor Eintritt in den Zylinder mindestens teilweise dadurch in Turbulenz versetzt, daß der Luftstrom durch sich quer zur Längsachse des Einlaßkanals erstreckende Stäbe, Rippen oder Gitter in wenigstens zwei Teilströme aufgeteilt wird und diese Teilströme im Winkel zueinander wieder zu einem Strom zusammengeführt werden. Durch diese Maßnahme soll die Gemischbildung verbessert und das Entstehen von NO in größeren Mengen verhindert werden. Durch die sehr starke turbulente Strömung entsteht jedoch ein merklicher Strömungsverlust, der den Liefergrad der Brennkraftmaschine erheblich vermindert. Um dies auszugleichen, ist bei der bekannten Brennkraftmaschine ein Auflader vorhanden. Außerdem sind die die Turbulenz erzeugenden Einbauten fest im Einlaßkanal angeordnet, so daß eine Anpassung an das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine nicht möglich ist.In a known internal combustion engine of the above type according to the German Offenlegungsschrift 2 300 180, the inlet channel is designed in a spiral shape around the intake of fresh air around the axis of the inlet valve to give a circular or spiral air flow. This air flow is at least partially before entering the cylinder thereby placed in turbulence that the air flow through bars, ribs or grids extending transversely to the longitudinal axis of the inlet duct in at least two partial streams is divided and these partial streams are brought together again at an angle to one another to form a stream. This measure is intended to improve the mixture formation and prevent the formation of NO in large quantities. By the very strong turbulent flow, however, results in a noticeable loss of flow, which considerably reduces the degree of delivery of the internal combustion engine. In order to compensate for this, a supercharger is provided in the known internal combustion engine. In addition, they are the ones that create turbulence Built-in components are fixedly arranged in the inlet duct, so that adaptation to the operating behavior of the internal combustion engine is not possible.
Eine weitere Brennkraftmaschine mit einem spiralförmigen Einlaßkanal und einer Aufteilung des Luftstroms in zwei Teilströme geht aus der deutschen Offenlegungsschrif-t 2 308 327 hervor. Die Aufteilung des Luftstroms erfolgt hier durch eine Rippe, wobei die Teilströme im Zylinder aus entgegengesetzter Richtung wieder aufeinander treffen. Hier soll durch die beiden Luftströme im Zylinder ebenfalls eine Turbulenz erzeugt werden, wobei durch eine unterschiedlich starke gegenseitige Beeinflussung der Teilströme der insgesamt entstehende Drall im Zylinder variiert werden kann. Diese Einstellbarkeit des Gesamtdralls kann nur durch hohe Durchflußverluste erkauft werden. Um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, sind sehr enge Toleranzen undAnother internal combustion engine with a spiral-shaped inlet duct and a division of the air flow into two partial flows emerges from the German Offenlegungsschrift 2 308 327. The air flow is divided here by a rib, with the partial flows in the cylinder meeting each other from the opposite direction. Turbulence is also to be generated here by the two air flows in the cylinder, with the total swirl occurring in the cylinder being able to be varied by mutually influencing the partial flows of different strengths. This adjustability of the total swirl can only be bought at the cost of high flow losses. In order to get the desired result, very tight tolerances are required
809842/0247809842/0247
exakte Abmessungen der Rippe erforderlich, wodurch sehr hohe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt werden, so daß die Herstellung einer solchen Brennkraftmaschine mit hohen Unkosten verbunden ist.exact dimensions of the rib required, making very high demands to be placed on the manufacturing accuracy, so that the production of such an internal combustion engine with high costs connected is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit baulich einfachen Mitteln eine gute Gemischaufbereitung bei gleichzeitig geringer Schadstoffemission erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung aus einem turbinenschaufelartige Leitelemente aufweisenden, innerhalb des als drallfreier Kanal ausgebildeten Einlaßkanals eine Drallbewegung der Frischluft erzeugenden Einsatz besteht. Für die Erfindung ist somit wesentlich, daß der EinlaBkanal als drallfreier Kanal ausgebildet ist, der auf optimalen Durchfluß für die Frischluft ausgelegt werden kann, während der erforderliche Drall der Luft durch Einsetzen eines entsprechenden Einsatzes erzielt wird. Diese Drallabstimmung kann schnell, einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Durch die überaus einfache Gestaltung des Einlaßkanals und die gewünschte Drallerzeugung durch den Einsatz können die Fertigungstoleranzen des Einlaßkanals, insbesondere in bezug auf Versatz und Verdrehungen großzügiger gehandhabt werden, d.h. diese Werte sind unkritischer in bezug auf die Lufteinführung in den Zylinder der Brennkraftmaschine. Durch die Anordnung von turbinenschaufelartigen Leitelementen am Einsatz wird der Durchflußwiderstand im Einlaßkanal so gering wie möglich gehalten, so daß auch insofern ein optimales Ergebnis erzielt wird.The invention is based on the object of an internal combustion engine To create the type mentioned at the beginning, in which, with structurally simple means, a good mixture preparation with low pollutant emissions at the same time is achieved. According to the invention, this object is achieved in that the device consists of a turbine blade-type Having guide elements, designed as a swirl-free channel within the Inlet channel there is a swirling movement of the fresh air generating insert. It is therefore essential for the invention that the Inlet channel is designed as a swirl-free channel, which is optimized for optimum The flow rate for the fresh air can be designed, while the required swirl of the air by inserting an appropriate insert is achieved. This twist adjustment can be carried out quickly, easily and inexpensively. Due to the extremely simple design of the inlet channel and the desired swirl generation through the insert, the manufacturing tolerances of the inlet channel, in particular be handled more generously with regard to misalignment and twisting, i.e. these values are less critical with regard to the air intake in the cylinder of the internal combustion engine. The flow resistance is increased by the arrangement of turbine blade-like guide elements on the insert kept as low as possible in the inlet channel, so that an optimal result is also achieved in this respect.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatz verstellbar und/oder auswechselbar ausgebildet. Hierdurch ist die Anpassung der Luftströmung im Zylinder während des Motorlaufs entsprechend der Drehzahl und der Last auf sehr einfache Weise möglich.In an expedient embodiment of the invention, the insert is designed to be adjustable and / or exchangeable. This allows the air flow in the cylinder to be adapted in a very simple manner while the engine is running in accordance with the speed and the load.
FQr die Ausgestaltung des Einsatzes gibt es die verschiedensten Mög lichkeiten. Die turbinenschaufelartigen Leitelemente können an der Innenseite eines von einem Blechstreifen geformten, in dem Einlaß kanal eingesetzten und fixierten Ring befestigt sein. Das Arretieren de« Rings im Einlaßkanal kann beispielsweise durch eine in einer Ge windebohrung des Zylinderkopfs sitzende, in einen Spalt zwischen denThere are a wide variety of options for the design of the mission. The turbine blade-like guide elements can be attached to the inside of a ring formed by a sheet metal strip, inserted and fixed in the inlet channel. The locking of the «ring in the inlet channel can be done, for example, by a threaded hole in the cylinder head, in a gap between the
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benachbarten Enden des Rings eingreifende Schraube erfolgen. Zum einfachen Herausnehmen des Rings sind seitlich benachbart des Spalts im Ring Aufnahmebohrungen für ein Werkzeug angeordnet.adjacent ends of the ring engaging screw. To make it easy to remove the ring, the Gap arranged in the ring receiving bores for a tool.
Die turbinenschaufelartigen Leitelemente können am Brennkraftmaschinen-Einlaßventil bzw. dessen Ventilschaft angeordnet sein, so daß sie zusammen mit dem Einlaßventil herausgenommen werden können. Dabei können die Leitelemente entweder unmittelbar am Ventilteller oder aber auch mit Abstand zum Ventilteller am Ventilschaft angeordnet sein.The turbine blade-like guide elements can be on the internal combustion engine inlet valve or its valve stem can be arranged so that they can be removed together with the inlet valve. The guide elements can either be arranged directly on the valve disk or at a distance from the valve disk on the valve stem be.
Eine andere Möglichkeit der Ausbildung des Einsatzes besteht darin, die turbinenschafelartigen Leitelemente senkrecht zur Achse des Einlaßventils verschiebbar im Zylinderkopf zu lagern.Another way of training the mission is to to mount the turbine panel-like guide elements perpendicular to the axis of the inlet valve in the cylinder head so that they can be displaced.
Hierbei kann die gemeinsame Verstellung der Leitelemente dadurch erfolgen, daß die Leitelemente eine Verzahnung aufweisen und über diese mit einer im Zylinderkopf drehbar gelagerten Spiralscheibe antriebsmäßig verbunden sind, die vorzugsweise über ein Ritzel von außen antreibbar ist.Here, the common adjustment of the guide elements can take place in that the guide elements have a toothing and over these are drivingly connected to a spiral disk rotatably mounted in the cylinder head, which is preferably via a pinion of can be driven outside.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die turbinenschaufelartigen Leitelemente an einer Seite mit einem im Einlaßkanal drehbar gelagerten Tragkreuz und an ihrer anderen Seite drehfest im Einlaßkanal zu befestigen. Durch entsprechendes Verdrehen des Tragkreuzes kann der Anstellwinkel der turbinenschaufelartigen Leitelemente je nach dem Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine χι gewünschter Weise verändert werden und dadurch die gewünschte Drall der Luftströmung erzielt werden.Finally, there is also the possibility of securing the turbine-blade-like guide elements on one side with a support cross rotatably mounted in the inlet channel and on the other side in a rotationally fixed manner in the inlet channel. By correspondingly rotating the support cross, the angle of incidence of the turbine-blade-like guide elements can be changed in the desired manner depending on the operating behavior of the internal combustion engine, and the desired swirl of the air flow can thereby be achieved.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert« Es zeigen: Preferred embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail below.
Fig. 1 einen teilweisen Vertikalschnitt durch einen Zylinderkopf mit einem im Bereich des Einlaßventils gemäß der Erfindung ausgebildeten Einsatz zur Drallerzeugung der Luft gemäß der Linie I-I der Fig. 2, 1 shows a partial vertical section through a cylinder head with an insert formed in the region of the inlet valve according to the invention for generating the swirl of the air according to the line II in FIG. 2,
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einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, eine abgewandelte Ausführung des Einsatzes mit am Ventilteller angeordneten turbinenschaufelartigen Leitelementen, eine weitere Ausführungsform der Einrichtung mit im Abstand zum Ventilteller des Einlaßventils angeordneten Leitelementen, eine andere Ausführungsvariante mit quer zur Achse des Einlaßventils verschiebbar gelagerten Leitelementen, einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5, eine noch weitere Ausgestaltung des Einsatzes in einem Vertikalschnitt durch den Zylinderkopf unda section along the line II-II of FIG. 1, a modified version of the insert with turbine blade-like guide elements arranged on the valve disk, a further embodiment of the device with guide elements arranged at a distance from the valve disk of the inlet valve, another design variant with guide elements mounted so as to be displaceable transversely to the axis of the inlet valve, a section along the line VI-VI of FIG. 5, yet another embodiment of the insert in a vertical section through the cylinder head and die zugehörige Schnittansicht nach der Linie VIII-VIII der Fig. 7.the associated sectional view along the line VIII-VIII in FIG. 7.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist in einem im einzelnen nicht näher dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine ein Einlaßkanal 2 vorhanden, an dessen zu einem nicht dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine führendem Ende ein Ventilsitzring 3 angeordnet ist, mit dem ein Einlaßventil 4 zusammenwirkt. Das Einlaßventil 4 besteht in üblicher Weise aus einem Ventilteller 5 und einem in den Einlaßkanal 2 hineinragenden Ventilschaft 6. Der hinter dem Ventilteller 5 liegende Bereich des Einlaßkanals 2 ist von einer eine Drallerzeugung hervorrufenden Einrichtung umgeben. Diese Einrichtung besteht aus einem Eineatz 7, welcher einen aus einem Blechstreifen geformten Ring 8 sowie an dessen Innenseite befestigte turbinenschaufelartige Leitelemente 9 aufweist. Zwischen den benachbarten Enden des Rings 8 befindet sich ein Spalt 11, in den eine Schraube 12 hineinragt, die in einer Gewindebohrung 13 des Zylinderkopfs 1 sitzt. Benachbart des Spaltes 11 befinden sich im Ring 8 zwei Aufnahmebohrungen 14 für ein einzusetzendes Werkzeug, so daß nach Herausdrehen der Schraube 12 aus dem Spalt 11 der Ring 8 mit Hilfe des Werkzeugs aus dem Einlaßkanal 2 herausgenommen werden kann. Durch entsprechende Ausgestaltung der Leitelemente 9 bzw. der Lage des Ringes 8 innerhalb des Zylinderkopfs kann der gewünschte Luftdrall erzeugt werden.As can be seen from FIG. 1, there is an inlet duct 2 in a cylinder head 1 of an internal combustion engine, not shown in detail present, at the end of which a valve seat ring 3 is arranged leading to a cylinder of the internal combustion engine, not shown, with which an inlet valve 4 cooperates. The inlet valve 4 consists in the usual way of a valve plate 5 and one in the inlet channel 2 protruding valve stem 6. The area of the inlet channel 2 located behind the valve disk 5 is a swirl generation surrounding the evoking device. This device consists of a Eineatz 7, which is formed from a sheet metal strip Has ring 8 and turbine blade-like guide elements 9 attached to its inside. Between the adjacent ends of the ring 8 there is a gap 11 into which a screw 12 protrudes, the seated in a threaded bore 13 of the cylinder head 1. Adjacent to the gap 11 there are two receiving bores 14 in the ring 8 for a Tool to be used, so that after unscrewing the screw 12 from the gap 11, the ring 8 is removed from the inlet channel 2 with the aid of the tool can be removed. By appropriate design of the guide elements 9 or the position of the ring 8 within the cylinder head the desired air swirl can be generated.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sitzen die turbinenschaufelartigen Leitkörper 9 unmittelbar hinter dem Ventilteller 5 des Einlaßventils 4 am Ventilschaft 6. Somit kann der Einsatz zusammen mit dem Einlaßventil 4 herausgenommen bzw. eingebaut werden.In the embodiment according to FIG. 3, the turbine-blade-like guide bodies 9 sit directly behind the valve disk 5 of the inlet valve 4 on the valve stem 6. Thus, the insert can be used together with the inlet valve 4 can be removed or installed.
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Eine ähnliche Lösung ist in Fig. 4 dargestellt, lediglicl terschied, daß die Leitelemente 9 mit Abstand zum Ventilteller 5 angeordnet sind.A similar solution is shown in Fig. 4, only difference that the guide elements 9 are arranged at a distance from the valve disk 5.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Leitelemente 9 radial zur Achse 15 des Einlaßventils 4 im Zylinderkopf 1 verschiebbar gelagert sind. Dazu sind die Leitelemente 9 in einem Führungskörper 10 geführt, der an seinem oberen Ende radiale Nuten 10* und an seinem unteren Ende rinnenförmige Nuten 10" aufweist, in denen jeweils ein Zapfen 10'·' der Leitelemente 9 geführt ist. Die Leitelemente 9 sind an iirer Oberseite mit einer Verzahnung 16 versehen, mittels der sie in das Gewinde 28 einer Spiralscheibe 17 eingreifen, die über ein Ritzel 18 und ehe Antriebswelle 19 von außen antreibbar ist. Durch entsprechendes Verdrehen der Spiralscheibe 17 können die Leitelemente mehr oder weniger weit in radialer Richtung verschoben werden, so daß sich der gewünschte Luftdrall einstellt.In FIGS. 5 and 6, an embodiment is shown in which the guide elements 9 are mounted in the cylinder head 1 such that they can be displaced radially to the axis 15 of the inlet valve 4. For this purpose, the guide elements 9 are guided in a guide body 10 which has radial grooves 10 * at its upper end and channel-shaped grooves 10 "at its lower end, in each of which a pin 10 '' of the guide elements 9 is guided Provided on the upper side with a toothing 16 by means of which they engage in the thread 28 of a spiral disk 17, which can be driven from the outside via a pinion 18 and before the drive shaft 19. By correspondingly rotating the spiral disk 17, the guide elements can move more or less radially Direction can be shifted so that the desired air swirl is achieved.
Eine weitere Ausführungsvariante ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Hier sind die turbinenschaufelartigen Leitelemente 9 an ihrer unteren Seite an einem Tragkreuz 21 befestigt, das in Bohrungen 20 eines Zahnrads 22 gelagert ist, das analog der Lösung in den Fig. 5 und 6 über das Ritzel 18 und die Antriebswelle 19 von außen antreibbar ist. An dem Zahnrad 22 liegen über den Umfang verteilt mehrere Stifte 23 an, die auf ihrer dem Zahnrad 22 abgewandten Seite unter der Wirkung von Federn 24 stehen, die in Bohrungen 25 eines Lagergehäuses 26 angeordnet sind. Die oberen Enden der Leitelemente 9 sind mittels eines weiteren Tragkreuzes 27 im Oberteil des Lagergehäuses 26 befestigt.Another embodiment variant is shown in FIGS. Here, the turbine blade-like guide elements 9 are attached on their lower side to a support cross 21, which is in bores 20 of a gear 22 is stored, which is analogous to the solution in FIGS. 5 and 6 via the Pinion 18 and the drive shaft 19 can be driven from the outside. On the gear 22 are distributed over the circumference of several pins 23 which are on their side facing away from the gear 22 under the action of springs 24 which are arranged in bores 25 of a bearing housing 26. The upper ends of the guide elements 9 are fastened in the upper part of the bearing housing 26 by means of a further support cross 27.
Die vorbeschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt.The above-described device operates as follows.
Durch entsprechendes Verdrehen des Zahnrades 22 durch das Ritzel 18 wird auch das Tragkreuz 21 verdreht und dadurch auch die dort befestigten Enden der Leitelemente 9 verdreht, während die gegenüberliegenden oberen Enden der Leitelemente 9 fest am Lagergehäuse 26 gehalten werden. Dadurch wird der Anstellwinkel der turbinenschaufelartigen Leitelemente 9 verändert, so daß sich der jeweils gewünschte Drall im Einlaßkanal 2 erzeugen läßt. Die durch das Verdrehen des Tragkreuzes 21 und der Leitelemente 9 auftretende Längenänderung wird Über die Stifte 23 durch die Druckfedern 24 ausgeglichen, da sich dabei das Zahnrad 22 zusammen mit dem Tragkreuz 21 axial verstellen kann.Corresponding rotation of the gear 22 by the pinion 18 also rotates the support cross 21 and thereby also rotates the ends of the guide elements 9 fastened there, while the opposite upper ends of the guide elements 9 are held firmly on the bearing housing 26. As a result, the angle of incidence of the turbine-blade-like guide elements 9 is changed, so that the desired swirl in the inlet channel 2 can be generated in each case. The change in length that occurs due to the rotation of the support cross 21 and the guide elements 9 is compensated for via the pins 23 by the compression springs 24, since the gear 22 can be adjusted axially together with the support cross 21.
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