DE4206231A1

DE4206231A1 - Inlet valve with valve or valve seat vortex-creating profiles - has profiles formed flat to reduce flow resistance with valve fully open, and has valve opening after top dead centre

Info

Publication number: DE4206231A1
Application number: DE4206231A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Voigt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1992-09-17

Abstract

An I.C. engine inlet valve arrangement has vortex creating profiles (6, 7) formed on either the valve (5) or the valve seat (3). The profiles are flat, so that their flow resistance is negligible with the valve fully open. The inlet valve opening phase begins a significant time after top dead centre. ADVANTAGE - Improved inlet gas rotation with a partially open valve, and reduced flow resistance with a fully open valve.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einlaßanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1. Derartige Einlaßanordnungen sind in großer Anzahl aus Patent literatur bekannt, siehe nur die DE-PS 26 22 546 und die US-PS 47 44 340, FO1L 3/06, sowie die DE-OS 40 06 583, FO2B 31/02. Alle diese bekannten Kon struktionen verfolgen das Ziel, durch einen Drall der Frischgasladung im Brennraum Vorteile hinsichtlich der Frischgashomogenität, der Gemischaufbe reitung und des Verbrennungsablaufs zu erzielen. Dies gilt insbesondere für direkt einspritzende Dieselmaschinen, bei denen die Gemischaufbereitung nach der Kraftstoffeinspritzung und die nachfolgende Verbrennung eine definierte Drallausbildung erfordern.The invention relates to an inlet arrangement according to the preamble of the patent claims 1. Such inlet arrangements are in large numbers from patent known literature, see only DE-PS 26 22 546 and US-PS 47 44 340, FO1L 3/06, as well as DE-OS 40 06 583, FO2B 31/02. All of these known con structures pursue the goal of swirling the fresh gas charge in the Combustion chamber advantages in terms of fresh gas homogeneity, mixture preparation to achieve riding and the combustion process. This is especially true for direct injection diesel engines, where the mixture preparation after fuel injection and subsequent combustion a defined one Require swirl training.

Bekannt sind auch Spiral-Einlaßkanäle, die über einen größeren Längenbereich zur Drallerzeugung ausgelegt sind.Spiral inlet channels are also known, which have a larger length range are designed for swirl generation.

Die bekannten Maßnahmen zur Drallerzeugung haben den Nachteil, daß mit zu nehmender Drallintensität der Liefergrad reduziert und dadurch die Füllung des betreffenden Brennraums im Vollastbetrieb nachteilig beeinflußt wird; außerdem ist die Drallintensität von der jeweiligen Drehzahl der Maschine abhängig. Es ist bekannt, diesen Nachteilen dadurch entgegenzuwirken, daß unter Inkaufnahme eines erheblichen Aufwands mehrere Einlaßkanalzweige vorge sehen werden, von denen nur einer drallerzeugend ausgebildet ist.The known measures for swirl generation have the disadvantage that with increasing twist intensity reduces the degree of delivery and thereby the filling the combustion chamber in question is adversely affected in full load operation; in addition, the twist intensity is dependent on the respective speed of the machine dependent. It is known to counteract these disadvantages in that at the expense of considerable effort, several inlet duct branches are proposed will be seen, of which only one is designed to produce swirl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Einlaßeinordnung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine insbesondere bei nur teilge öffnetem Hubventil ausreichend hohe Frischgasrotation sicherstellt, dagegen bei größeren Ventilöffnungsquerschnitten die Füllung des Brennraums nicht nachteilig beeinflußt. Ziel der Erfindung ist auch eine Einlaßanordnung, deren drallerzeugende Wirkung praktisch unabhängig von der jeweiligen Drehzahl der Maschine ist.The invention has for its object a generic inlet arrangement to create a simple, especially with only partial open valve ensures sufficiently high fresh gas rotation, however with larger valve opening cross sections, the filling of the combustion chamber is not adversely affected. The aim of the invention is also an inlet arrangement, their swirl-generating effect is practically independent of the respective speed of the machine.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung be schreiben die Unteransprüche.The achievement of this task consists in the characterizing Features of the main claim, advantageous embodiments of the invention be write the subclaims.

Bei der Erfindung sind also die drallerzeugenden Profilierungen bewußt so ausgelegt, daß sie bei größeren Ventilöffnungsquerschnitten das Einströmen der Frischgase praktisch nicht behindern, während durch Wahl eines relativ spät, nämlich deutlich nach OT liegenden Öffnungszeitpunkts des Ventils infolge der dadurch bedingten großen Druckdifferenz zwischen Einlaßkanal und Brennraum die Frischgase mit hoher Geschwindigkeit über die drallerzeugenden Profilierungen strömen und dadurch eine hohes Anfangsdrallniveau sichergestellt wird. Mit wachsendem Öffnungsquerschnitt des Hubventils wird das Druckgefälle geringer, so daß auch die Drallwirkung nachläßt und die anfänglich verzögerte Befüllung des Brennraums gleichsam nachgeholt wird.In the invention, the swirl-generating profiles are deliberately so designed that the inflow with larger valve opening cross sections the fresh gases practically do not hinder, while by choosing a relative late, namely as a result of the valve opening time clearly after TDC the resulting large pressure difference between the inlet duct and the combustion chamber the fresh gases at high speed via the swirl-generating profiles flow and thereby a high initial swirl level is ensured. With the increasing opening cross-section of the globe valve reduces the pressure drop, so that the swirl effect also diminishes and the initially delayed filling the combustion chamber is made up as it were.

Da demgemäß die Strömungsgeschwindigkeit der Frischgase bei kleinen Öffnungs querschnitten des Hubventils infolge des späten Öffnungszeitpunkts desselben durch die so hervorgerufene Druckdifferenz erzeugt wird, nicht aber durch einen auf die Kolbenbewegung zurückzuführenden Unterdruck, besitzt die Erfindung den Vorteil einer von der jeweiligen Drehzahl der Maschine praktisch unab hängigen Drallintensität.Accordingly, the flow rate of the fresh gases with a small opening cross sections of the globe valve due to the late opening of the same is generated by the pressure difference thus caused, but not by the invention has a negative pressure attributable to the piston movement the advantage of being practically independent of the respective speed of the machine dependent twist intensity.

Verständlicherweise können die erfindungsgemäßen Maßnahmen hinsichtlich der Drallerzeugung noch durch andere bekannte Merkmale ergänzt werden. So kann zwecks Erzielung eines Dralleffekts auch bei größeren Ventilhüben der Einlaßkanal tangential in den Brennraum einlaufen. Understandably, the measures according to the invention can the swirl generation can be supplemented by other known features. So can also achieve larger swings in order to achieve a swirl effect Enter the inlet duct tangentially into the combustion chamber.

Ferner kann es zweckmäßig sein, zwecks Kompensation von durch die erfindungsge mäßen Maßnahmen etwa hervorgerufenen Verringerungen der Brennraumfüllung den Liefergrad durch Vorsehen von zwei Einlaßventilen je Brennraum anzuheben. Schließlich kann mit an sich bekannten Einrichtungen der verzögerte Einlaßbe ginn des Hubventils drehzahlabhängig variiert werden.Furthermore, it may be appropriate for the purpose of compensation by the Invention measures, such as reductions in the combustion chamber filling increase the delivery rate by providing two intake valves per combustion chamber. Finally, with delay devices known per se, the delayed inlet beginning of the globe valve can be varied depending on the speed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen hier interessierenden Querschnittsbereich des Zylinderkopfes eines direkt einspritzenden Dieselmotors zeigt, während Fig. 2 ein Diagramm für den Zusammenhang zwischen Druck- und Brennraum volumen der Maschine wiedergibt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, Fig. 1 shows a cross-sectional area of interest of the cylinder head of a direct injection diesel engine, while Fig. 2 shows a diagram for the relationship between the pressure and combustion chamber volume of the machine.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist der in den Zylinderkopf 1 eingearbeitete Einlaßkanal 2 mit dem Ventilsitzring 3 versehen, der mit der ringförmigen Sitzfläche 4 des Hubventils 5 im geschlossenen Zustand desselben dichtend zusammenarbeitet. Sowohl auf seinem in der Figur nach oben weisenden Rücken, d. h. oberhalb der Sitzfläche 4, als auch in Strömungsrichtung dahinter ist das Ventil 5 mit einsinnig geneigten Nuten versehen, von denen nur jeweils drei Nuten 6 bzw. 7 erkennbar sind. Diese Nuten sind relativ flach gehalten, so daß sie bei weit geöffnetem Hubventil 5 die Gemischeinströmung praktisch nicht behindern. Damit sie dagegen bei kleinen Öffnungsquerschnitten des Hubventils einen Frischgasdrall hoher Intensität im Brennraum hervorrufen, ist der Öffnungszeitpunkt E_ö des Hubventils 5 gemäß Fig. 2 relativ spät gelegt, nämlich nach OT und Schließzeitpunkt A_s des dem Brennraum zugehörigen Auslaßventils. Der Öffnungszeitpunkt E_ö des Hubventils 5 liegt also auf einem sehr niedrigen Druckniveau, so daß Frischgas aus dem Saugrohr 2 mit hoher Geschwindigkeit über die Nuten 6 und 7 hinwegströmt und demgemäß eine große Frischgasrotation erzeugt wird. Mit zunehmender Vergrößerung des Ventil hubs und damit des Öffnungsquerschnitts des Einlaßventils 5 wird diese Druck differenz abgebaut, so daß die Strömungsgeschwindigkeit der Frischgase im Bereich des Ventils abnimmt und die drallerzeugende Wirkung der Nuten 6 und 7 zugunsten einer Verringung des Strömungswiderstands abnimmt. Nunmehr erfolgt gleichsam eine nachgeholte Füllung des Brennraums, bis bei E_s etwa bei U_T das Einlaßventil 5 wieder geschlossen ist. Es folgt der Kompressions- und der Expansionstakt, und bei A_ö öffnet das zugehörige Auslaßventil, bis sich bei A_s der beschriebene Prozeß wiederholt. Looking first at Fig. 1, the intake channel 2 incorporated in the cylinder head 1 is provided with the valve seat ring 3 , which cooperates in a sealed manner with the annular seat surface 4 of the globe valve 5 in the closed state thereof. Both on its back, which points upwards in the figure, ie above the seat surface 4 , and in the flow direction behind it, the valve 5 is provided with unilaterally inclined grooves, of which only three grooves 6 and 7 are recognizable. These grooves are kept relatively flat, so that they practically do not hinder the inflow of mixture when the lift valve 5 is wide open. In order that, on the other hand, they produce a fresh gas swirl of high intensity in the combustion chamber with small opening cross sections of the lift valve, the opening time E _{o of} the lift valve 5 according to FIG. 2 is set relatively late, namely after TDC and the closing time A _s of the exhaust valve belonging to the combustion chamber. The opening time E _{ö of} the lift valve 5 is therefore at a very low pressure level, so that fresh gas flows out of the intake manifold 2 at high speed over the grooves 6 and 7 and accordingly a large fresh gas rotation is generated. With increasing enlargement of the valve stroke and thus the opening cross section of the inlet valve 5 , this pressure difference is reduced so that the flow rate of the fresh gases in the region of the valve decreases and the swirl-generating effect of the grooves 6 and 7 decreases in favor of a reduction in the flow resistance. Now the combustion chamber is filled, as it were, until the inlet valve 5 is closed again at E _s, for example at U _T. The compression and expansion cycle follows, and at A _ö the associated exhaust valve opens until the process described is repeated at A _s .

An dieser Stelle sei ergänzt, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Vorteil Einsatz finden können; sie führen dann insbesondere bei niedriger Drehzahl und Teillast zu einer ver besserten Gemischbildung durch die hohe Geschwindigkeit der Frischgasein strömung zu Beginn des Öffnens des Einlaßventils. Von Vorteil kann eine sequentielle Kraftstoffeinspritzung bei noch geschlossenem bzw. gerade öffnen dem Einlaßventil sein.At this point it should be added that the measures according to the invention also in spark ignition engines can be used with advantage; they then lead to a ver especially at low speed and partial load improved mixture formation due to the high speed of the fresh gas flow at the start of opening the intake valve. One can be advantageous open sequential fuel injection while still closed or straight the inlet valve.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einlaßanordnung geschaffen, die einerseits während des Öffnungsbeginns des Einlaßventils eine dann er forderliche hohe Drallintensität sicherstellt, andererseits bei größeren Öffnungsquerschnitten des Hubventils für eine einwandfreie Brennraumfüllung sorgt.The invention accordingly provides a generic inlet arrangement, which on the one hand during the opening of the intake valve then he ensures high required swirl intensity, on the other hand with larger ones Opening cross-sections of the globe valve for perfect combustion chamber filling worries.

Claims

1. Inlet arrangement for a reciprocating internal combustion engine with at least one lift valve and an inlet channel, which is provided at the combustion chamber end with a seat for the lift valve, and with swirl-generating profiles provided in the region of the seat and / or on the valve, characterized in that the profiles ( 6 , 7 ) are so flat that the flow resistance caused by them when the lift valve ( 5 ) is fully open is negligible, and that the opening start (E _ö ) of the lift valve ( 5 ) is clearly after TDC.

2. Inlet arrangement according to claim 1, characterized in that the inlet channel ( 2 ) enters tangentially into the combustion chamber.

3. Inlet arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the opening start (E _ö ) of the globe valve ( 5 ) is variable depending on the speed.

4. Inlet arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that swirl-generating profiles ( 6 , 7 ) on the valve ( 5 ) are provided in the flow direction in front of and behind a seat surface ( 4 ) of the valve ( 5 ).

5. Inlet arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the profiles ( 6 , 7 ) protrude as grooves in the effective seat surface ( 4 ).

6. Inlet arrangement according to claim 5, characterized in that an axial overlap of before and behind the seat surface ( 4 ) located grooves is achieved by a relatively large number of grooves on the valve circumference.