DE3433380A1 - Intake angle valve for controlling the stratified charge of the spark ignition engine - Google Patents
Intake angle valve for controlling the stratified charge of the spark ignition engineInfo
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Abstract
Description
Titel:Title:
Einlaßwinkelventil zur Steuerung der Schichtladung des Ottomotors.Inlet angle valve to control the stratified charge of the gasoline engine.
Anwendungsgebiet: Field of use:
Die Erfindung betrifft ein Einlaßwinkelventil, welches zusätzlich zum vorhandenen Einlaßventil, zur Verbesserung der Schichtung der Zylinderladung beiträgt und eine kontrollierte Verwirbelung der schichtladung ermöglicht. The invention relates to an inlet angle valve, which is in addition to the existing inlet valve, to improve the stratification the cylinder charge contributes and a controlled Swirling of the stratified charge enables.
Stand der
i-echnik:State of
i-technology:
Es gibt Schichtladungsmotoren mit geteiltem und ungeteiltem Brennraum. Bei beiden Ausführungen wird dem abgemagerten Gemisch in Zündkerzennähe-durch ein Einspritzventil zusätzlicher Kraftstoff zugeführt, um die Zündwilligkeit des Gemischs zuverbessern.There are stratified charge engines with split and undivided combustion chambers. With both versions is added to the lean mixture near the spark plug by an injection valve Fuel supplied to improve the ignitability of the mixture.
Kritik desCriticism of the
ötandesötandes
der Technik:of the technique:
Bei der Direkteinspritzung ist die Einspritzdüse hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt. Dies führt zu großer Störanfälligkeit des Einspritzsystems. Der Schichtladungsmotor benötigt zusätzlich eine Anlage zur Aufbereitung des mageren Gemischs.With direct injection, the injection nozzle is exposed to high temperatures and pressures. This leads to a high susceptibility to failure of the injection system. The stratified charge engine needed In addition, a system for processing the lean mixture.
Er zielt nicht auf eine wärmeisolierende, kraftstoffreie irischluftströmumg parallel zur Zylinderwand.It does not aim at a heat-insulating, fuel-free Irish air flow in parallel to the cylinder wall.
Aufgabe:Task:
Das zusätzliche Einlaßwinkelventil soll den Ladungswechsel des Schichtladungsmotors so steuern, daß Energieverluste durch Wärmeabfluß über die Zylinderwände und den Kolbenboden verringert werden.The additional inlet angle valve is supposed to control the gas exchange of the stratified charge engine control that energy losses through heat dissipation through the cylinder walls and the piston crown be reduced.
Der Anteil der auf den Kolben abgegebenen Gasarbeit soll steigen. Die Emission von Stickoxyden und Kohlenwasserstoffen soll gesenkt werden.The proportion of the gas work delivered to the piston should increase. The emission of Nitrogen oxides and hydrocarbons should be reduced.
Durch eine gleichmäßig fortschreitende Verbrennung von den kraftstoffreichen zu den mageren Schichten soll die Klopffestigkeit des Motors verbessert werden.Through evenly progressive combustion from the fuel-rich to the lean Layers should improve the engine's anti-knock properties.
Lösung: Diese Aufgabe wird gelöst, indem vom ZylinderSolution: This task is solved by from the cylinder
kraftstoffreiches Gemisch durch das Einlaßventil und kraftstofffreie Frischluft durch das Einlaßwinkelventil angesaugt werden. Jedes der beiden Ventile hat seine eigene Ansaugleitung, die hinter der gemeinsamen Drosselklappe beginnt, so daß in beiden Ansaugleitungen die gleiche lastabhängige Gasdichte herrscht.fuel-rich mixture through the inlet valve and fuel-free fresh air the inlet angle valve are sucked in. Each of the two valves has its own suction line, which is behind the common Throttle valve begins, so that the same load-dependent gas density in both intake lines prevails.
Wur die Ansaugleitung zum Einlaßventil wird durch Vergaser oder Einspritzung mit Kraftstoff versorgt. Bei der Einspritzung durch Vorlagern von Kraftstoff am Einlaßventil kann auf eine Trennung der Ansaugwege von Einlaßventil und Einlaßwinkelventil verzichtet werden. Wur the intake line to the intake valve is carburetted or injected with fuel provided. During the injection by pre-storing fuel at the inlet valve there is no need to separate the intake paths of the inlet valve and inlet angle valve.
Das Einlaßventil wird konstruktiv nicht verändert. Es sollte nahe am Brennraumzentrum plaziert sein (-Fig. 5)The inlet valve is structurally unchanged. It should be close to the center of the combustion chamber be placed (-Fig. 5)
Das Einlaßwinkelventil besteht aus einem abgewinkeltem Pilzventil mit Führungshülse.und Drehmechanik (Fig. 1). Es kann als Ventiisatz vorgefertigt und in eine entsprechende Bohrung in den Zylinderkopf eingeschraubt werden. Der Ventilteller des Einlaßwinkelventils ist je nach Brennraumform um ca. 20 Grad gegenüber den bekannten Ventilen abgewinkelt. Durch eine Mechanik am Ventilschaft wird das ■ Einlaßwinkelventil mittelbar nach dem Öffnen in Drehung um die Ventilschaftachse versetzt (Fig. 4). Die Drehung kommt am Ende des Ventilhubs zum Stillstand und beträgt dann ca. 45 Grad.The inlet angle valve consists of an angled mushroom valve with a guide sleeve. And Rotary mechanism (Fig. 1). It can be prefabricated as a valve set and inserted into a corresponding hole screwed into the cylinder head. The valve head of the inlet elbow valve is Depending on the shape of the combustion chamber, it is angled by approx. 20 degrees compared to the known valves. A mechanism on the valve stem causes the inlet angle valve ■ to open indirectly offset in rotation about the valve stem axis (Fig. 4). The rotation comes at the end of the valve stroke comes to a standstill and is then approx. 45 degrees.
Eine Änderung der Abwinklung des Ventiltellers oder der Brennraumform verändert auch die Gradzahl der Ventildrehung. Beim Schließen wird das Einlaßwinkelventil durch Federdruck in seine Ausgangslage zurückgedreht. Die Einlaßwinkelventilfeder beeinflußt den Hub und die Drehung des Ventils.A change in the angle of the valve disk or the shape of the combustion chamber also changes the number of degrees of valve rotation. When closing, the inlet angle valve turned back to its original position by spring pressure. The inlet angle valve spring affects the stroke and rotation of the valve.
Durch die Drehung des Einlaßwinkelventils im geöffneten Zustand entsteht durch den abgewinkelten Ventilteller ein breiter Durchlaß für eine ungehinderte Frischluftzufuhr, in den Zylinder (Fig. 2)By rotating the inlet angle valve in the open state, the angled Valve plate a wide passage for an unhindered supply of fresh air, in the cylinder (Fig. 2)
Das Einlaßwinkelventil ist im Zylinderkopf so plaziert, daß die JArischluft tangential in den Zylinder strömt {Flg. 5). Dabei wird sie durch ihre Strömungsgeschwindigkeit und die entstehende Zentrifugalkraft beim Eintritt in den Zylinder in Rotation versetzt. Gleichzeitig strömt durch das Einlaßventil kraftstoffreiches Gemisch in das Zentrum des Zylinders. Das Gemisch verwirbelt zuerst in den Grenzschichten mit der rotierenden Frischluft. The inlet angle valve is placed in the cylinder head so that the fresh air flows tangentially into the cylinder {Flg. 5). It is set in rotation by its flow speed and the resulting centrifugal force when it enters the cylinder. At the same time, fuel-rich mixture flows through the intake valve into the center of the cylinder. The mixture first swirls in the boundary layers with the rotating fresh air.
Zum Zeitpunkt der Zündung befindet sich kraftstoff reiches, zündwilliges Gemisch im Zentrum des Brennraumes, dessen konzentrische Schichtung nach außen immer magerer wird und im Bereich der Zylinderwand kraftstofffrei ist. Während der Verbrennung wird die Verwirbelung weiter beschleunigt. Reste der irischluft verbleiben an der Zylinderwand und werden zum Teil von den aufsteigenden heißen Verbrennungsgasen an der Zylinderwand nach unten zum Kolbenboden gedrückt.At the time of ignition, there is a fuel-rich, ignitable mixture in the center of the combustion chamber, the concentric stratification of which is becoming increasingly leaner towards the outside and in the area the cylinder wall is fuel-free. During the combustion, the turbulence occurs further accelerated. Remnants of the Irish air remain on the cylinder wall and become the Part of the rising hot combustion gases on the cylinder wall down to the piston crown pressed.
Der Ausstoß des Abgases erfolgt durch das Auslaßventil. The exhaust gas is discharged through the exhaust valve.
Erzielbare Im Zentrum des Brennraums befindet sich immer Vorteile: ein kraftstoffreiches, zündwilliges Gemisch.Achievable There are always advantages in the center of the combustion chamber: a fuel-rich, ignitable mixture.
Das Gemisch wird nach außen in Richtung Zylinderwand durch die Verwirbelung mit der itischluft magerer.The mixture is swirled outwards in the direction of the cylinder wall by the turbulence with the itischluft leaner.
Die Verbrennung erfolgt kontinuierlich vom Brennraumzentrum nach außen und verhindert Klopfen und Verschleiß auch bei hoher Verdichtung. The combustion takes place continuously from the center of the combustion chamber to the outside and prevents it Knocking and wear even with high compression.
Da die Verwirbelung von Gemisch und !frischluft nicht an allen Stellen die Zylinderwand und den Kolbenboden vor dem Ende des Arbeitsvorganges erreicht, werden diese Teile nur mittelbar durch die Verbrennungsgase aufgeheizt. Die thermische Belastung der Zylinderwand und des Kolbens sinkt.Since the turbulence of the mixture and fresh air does not hit the cylinder wall at all points and the piston crown before the end of the work process reached, these parts are only indirectly heated by the combustion gases. The thermal load on the cylinder wall and the piston is reduced.
Der verminderte Energieabfluß über diese Teile führt zu einer erhöhten Gasarbeit, die zum Teil in nutzbare mechanische Arbeit umgesetzt werden kann. Durch die stabile Verbrennung vom Zentrum ausgehend, sinkt die Schadstoffemission (Kohlenwasserstoffe, Stickoxide).The reduced energy outflow over these parts leads to an increased gas work, which for the Part can be converted into usable mechanical work. Because of the stable combustion Starting from the center, pollutant emissions (hydrocarbons, nitrogen oxides) decrease.
Weitere Das Einlaßwinkelventil öffnet und schließt Möglichkeiten: einige Grad vor dem Einlaßventil. DadurchFurther The inlet angle valve opens and closes possibilities: a few degrees before the inlet valve. Through this
ist eine bessere Zylinderspülung mit Irischluft, d. h. ohne KraftstoffVerluste, möglich. Das so bedingte spätere Schließen des Einlaßventils führt bei hohen Drehzahlen zu einer verstärkten Nachladung mit Gemisch auf Kosten der !Frischluft.is better cylinder flushing with Irish air, i. H. without fuel loss, possible. The later closing of the inlet valve caused in this way leads to a increased recharging with mixture at the expense of the! fresh air.
Deshalb muß bei steigenden Drehzahlen das Gemisch allmählich abmagern, da sein Anteil an der gesamten Zylinderfüllung steigt. Die verstärkte Nachladung mit Gemisch bei steigenden Drehzahlen ist auch deshalb notwendig, weil trotz der größeren Strömungsgeschwindigkeit der frischluft die Zeit nicht ausreicht, um !frischluft und Gemisch optimal zu verwirbeln.Therefore, as the engine speed increases, the mixture must gradually become lean, because its share increases across the entire cylinder charge. The increased recharge with mixture at Increasing speeds is also necessary because despite the greater flow velocity the fresh air does not have enough time to! fresh air and mixture optimally to swirl.
Beim Dieselmotor kann das Einlaßwinkelventil anstelle des Einlaßventils für eine starke, wünschenswerte Verwirbelung der angesaugten Luft sorgen.In the diesel engine, the inlet angle valve can be used instead of the inlet valve for a strong, provide a desirable swirling of the sucked in air.
Eine Leistungssteigerung des Motors kann durch eine weitere !Trennung von Frischluft- und Gemischzufuhr erreicht werden, indem lastunab-*· hängig, also ohne Drosselung, frischluft vom Zylinder über das Einlaßwinkelventil angesaugt wird und das Gemisch von. einem Kompressor in der Menge lastabhängig über das Einlaßventil in den Zylinder gedrückt wird. Die Öffnungszeit des Einlaßventils sollte, abhängig vom konstruktiv bedingten Kompressordruck, hinter der des Einlaßwinkelventils zurückliegen, um das Ansaugen der Irischluft durch den Kolben nicht zufrüh durch die Zufuhr von Gemisch durch den Kompressor zu behindern, so daß ein hohes Ladeergebnis möglich wird.The engine's performance can be increased by further separating the fresh air and mixture supply can be achieved by load-independent * pending, i.e. without throttling, fresh air is sucked in from the cylinder via the inlet angle valve is and the mixture of. a compressor in the amount depending on the load via the inlet valve is pushed into the cylinder. The opening time of the inlet valve should, depending on the design of the compressor pressure, behind that of the inlet elbow valve so as not to cause the suction of Irish air by the piston to be too early through the supply of mixture through the compressor, so that a high loading result is possible will.
Durch die Mengenreglung des Gemischs durch den Kompressor, bei unveränderter Irischluftzufuhr, ist eine qualitative Reglung der Zylinderfüllung gegeben.Through the volume regulation of the mixture by the compressor, with unchanged Irish air supply, a qualitative regulation of the cylinder filling is given.
Die Rotation eines Teils der .frischluft im Zylinder wirkt als wärmeisoliernde Schicht zwischen Zylinderwand, Kolben und dem verbrennenden Gemisch. Die verbesserte Zylinderspülung führt zur thermischen Entlastung von Zylinderkopf und Ventilen. Durch diese beiden Sachverhalte besteht die Möglichkeit auf eine Motorkühlung mittels Wasser oder Luft zu verzichten und eine thermostatgesteuerte Motorölkühlung einzusetzen. Die Warmlaufphase mit den bekannten Energieverlusten und Schadstoffemissionen würde auf Grund der reduzierten Zylinderkopfmasse und der schnelleren Erwärmung des Motoröls erheblich verkürzt.The rotation of part of the fresh air in the The cylinder acts as a heat-insulating layer between the cylinder wall, piston and the burning one Mixture. The improved cylinder flushing leads to the thermal relief of the cylinder head and valves. Due to these two facts, there is the possibility of engine cooling by means of To do without water or air and to use a thermostat-controlled engine oil cooling. The warm-up phase with the known energy losses and pollutant emissions would be due to the reduced cylinder head mass and the faster heating of the engine oil is significantly reduced.
Während der Kaltstartphase kann über das Einlaßwinkerventil· neben der !Frischluft Abgas zur Vorwärmung der !Frischluft dem Zylinder zugeführt werden.During the cold start phase, the inlet angle valve In addition to the! fresh air, exhaust gas to preheat the! fresh air to the cylinder are fed.
Claims (9)
Priority Applications (1)
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DE19843433380 DE3433380A1 (en) | 1984-09-12 | 1984-09-12 | Intake angle valve for controlling the stratified charge of the spark ignition engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0237814A1 (en) * | 1986-03-08 | 1987-09-23 | Günter Schabinger | Valve assembly |
-
1984
- 1984-09-12 DE DE19843433380 patent/DE3433380A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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