FR2557637A1

FR2557637A1 - Inlet channel in IC engine cylinder head

Info

Publication number: FR2557637A1
Application number: FR8419430A
Authority: FR
Inventors: Horst Lindner; Jordan Gentscheff
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1985-07-05
Also published as: DE3347518C2; FI845127L; FI845127A0; JPH0543844B2; FR2557637B1; DE3347518A1; ES538901A1; JPS60156915A

Abstract

The inlet channel is opened/closed by the valve plate of an inlet valve. It consists of a narrow section, with a connecting expanding section ending at a conical valve seat. This forms an acutely angled inlet nozzle with the rear of the valve plate. The narrowest part of the narrow channel section (2/1) is positioned eccentrically behind the inlet valve plate (3), to form an eccentrically acting nozzle (10). From its widest point, the channel extends, decreasing in size and unsymmetrically, towards the narrowest channel section, and then widens non-symmetrically towards the valve seat (8).

Description

L'invention concerne un canal ou conduit d'admission ménagé dans la culasse d'un moteur a combustion interne et pouvant être ouvert ou fermé par la tête d'une soupape commandée, qui est constitué dans sa partie terminale côté chambre de combustion par un tronçon de canal qui réduit légèrement la section du canal, ainsi que par un tronçon de canal qui y fait suite et s'élargit de nouveau à partir du plan de section minimale du canal pour se terminer à un siège de soupape conique, le dernier tronçon de canal formant une tuyère d'admission à angle aigu avec la face arrière de la soupape d'admission. The invention relates to an intake channel or duct formed in the cylinder head of an internal combustion engine and which can be opened or closed by the head of a controlled valve, which is formed in its end part on the combustion chamber side by a channel section which slightly reduces the section of the channel, as well as by a section of channel which follows it and widens again from the plane of minimum section of the channel to end at a conical valve seat, the last section channel forming an inlet nozzle at an acute angle with the rear face of the inlet valve.

Pour mieux pouvoir expliquer la forme d'un tel canal d'admission, employé dans des moteurs à combustion interne du type 40/54 de la demanderesse, il est représenté sur la figure 1 du dessin annexé. On y voit que l'extrémité côté chambre de combustion du canal d'admission - pouvant être ouvert ou fermé par la tête d'une soupape d'admission commandée - est formée par un tronçon de canal qui réduit légèrement la section du canal et dont la paroi possède une conformation favorable à l'écoulement. To better explain the shape of such an intake channel, used in internal combustion engines of the applicant's type 40/54, it is shown in Figure 1 of the accompanying drawing. It can be seen there that the combustion chamber end of the intake channel - which can be opened or closed by the head of a controlled intake valve - is formed by a channel section which slightly reduces the section of the channel and whose the wall has a conformation favorable to flow.

Ce tronçon de canal se rétrécit d'abord, mais s'élargit ensuite de nouveau à partir d'un endroit où la section du canal est minimale, jusqu'à un siège de soupape conique. La partie de paroi s'élargissant du point le plus étroit et se terminant au siège de soupape forme, avec la face arrière de la tête de soupape, une tuyère d'admission à angle aigu.This channel section first narrows, but then widens again from a place where the channel section is minimal, to a conical valve seat. The wall portion widening from the narrowest point and ending at the valve seat forms, with the rear face of the valve head, an acute angle inlet nozzle.

Cette tuyère d'admission possède une conformation symétrique, c'est-à-dire son angle d'admission a présente la même grandeur sur tout le pourtour de la soupape d'admission. Cette tuyère sysétri que a l'avantage qu'une plus grande vitesse peut être imprimée à l'air pénétrant dans le cylindre. Il n'est pas possible, cependant, de conférer un mouvement tourbillonnant à l'air entrant dans le cylindre au moyen d'une telle tuyère. De plus, il est également nécessaire, le plus souvent, de conférer une composante directionnelle et d'accélération à l'air pénétrant dans le cylindre, afin de mettre le remplissage du cylindre en un mouvement tournant autour de l'axe du cylindre, dans le but d'obtenir un mélange aussi intime que possible de l'air avec le com bustible à injecter.Ceci n'est pas non plus possible avec la tuyère symétrique connue. D'autres solutions connues prévoient à cet effet des pièces rapportées de forme particulière, telles que des tôles de rebondissement ou de déviation, dans le canal d'admission, par lesquelles l'air qui passe devant est mis en turbulence de manière tout à fait suffisante. Ces tôles de rebondi sa sement ou de déviation produisaient toutefois une perte d'énergie d'écoulement considérable, de sorte qu'il n'y avait plus de composante tourbillonnaire prononcée dans le cylindre. Le cylindre pouvait donc être alimenté avec de l'air mis en turbulence, mais pas avec de l'air ayant une composante directionnelle déterminée qui aurait été en mesure d'imprimer un mouvement tournoyant suffisant au remplissage du cylindre.Par ailleurs, on a également tenté déjà, par une conformation particulière de la paroi du canal d'admission, de conférer à l'air traversant une composante de mouvement telle que l'air puisse entrer dans le cylindre en étant orienté autant que possible tangentiellement par rapport à la paroi du cylindre, voir par exemple les demandes de brevet allemand DE-AS 1 053 862, DE-AS 1 038 832 ou DE-AS 1 476 120. Ces solutions impliquent cependant une disposition du canal dans la culasse qui est le plus souvent irréalisable sur les moteurs pour des raisons de place. This inlet nozzle has a symmetrical conformation, that is to say its inlet angle a has the same size over the entire periphery of the inlet valve. This sysetri nozzle has the advantage that a higher speed can be imparted to the air entering the cylinder. It is not possible, however, to impart a swirling motion to the air entering the cylinder by means of such a nozzle. In addition, it is also most often necessary to impart a directional and acceleration component to the air entering the cylinder, in order to put the filling of the cylinder in a rotating movement around the axis of the cylinder, in The aim is to obtain as intimate a mixture of air as possible with the fuel to be injected. This is also not possible with the known symmetrical nozzle. Other known solutions provide for this purpose specific shaped inserts, such as rebound or deflection sheets, in the intake channel, by which the air which passes in front is put in turbulence in a completely sufficient. These rebounding or deflecting sheets, however, produced a considerable loss of flow energy, so that there was no longer a pronounced vortex component in the cylinder. The cylinder could therefore be supplied with air in turbulence, but not with air having a determined directional component which would have been able to impart a swirling movement sufficient to fill the cylinder. already attempted, by a particular conformation of the wall of the intake channel, to give the air passing through a movement component such that the air can enter the cylinder while being oriented as much as possible tangentially with respect to the wall of the cylinder, see for example the German patent applications DE-AS 1 053 862, DE-AS 1 038 832 or DE-AS 1 476 120. These solutions however imply an arrangement of the channel in the cylinder head which is most often impracticable on the motors for space reasons.

L'invention vise par conséquent à conformer un canal d'admission du type défini au début de manière que l'air s'écoulant dans le cylindre du moteur à combustion interne puisse être dévié avec des pertes d'énergie minimales et de façon que le remplissage du cylindre soit forcé de tourner autour de l'axe du cylindre et qu'il soit en même temps mis en turbulence. The invention therefore aims to conform an intake channel of the type defined at the start so that the air flowing in the cylinder of the internal combustion engine can be diverted with minimal energy losses and so that the cylinder filling is forced to rotate around the cylinder axis and at the same time it is put into turbulence.

Selon l'invention, on obtient ce résultat avec un canal d'admission qui est caractérisé en ce que, dans le but de former une tuyère à effet excentré, dans laquelle de l'air, après ouverture de la soupape d'admission, en traversant la fente de passage ainsi formée, puisse être accéléré plus fortement dans une zone périphérique de la soupape d'admission que dans le reste de cette zone périphérique, le plan de section minimale du tronçon de canal qui se rétrécit est disposé excentré derrière la tête de la sou pape d'admission et le canal d'admission, à partir de son plan de section minimale, s'étend en se rétrécissant et de façon dissymétrique par rapport à l'axe de la soupape d'admission jusqu'au plan de section de canal minimale et, à partir de ce plan, s'élargit de nouveau de façon dissymétrique jusqu'au siège de soupape, l'angle d'admission de la tuyère ainsi formée étant le plus petit dans la zone périphérique de la soupape d'admission située du côté après lequel de l'air pénétrant dans le cylindre doit être accéléré plus fortement que dans le reste de la zone périphérique, afin de doter le remplissage du cylindre d'un mouvement tournoyant autour de l'axe du cylindre. According to the invention, this is obtained with an intake channel which is characterized in that, in order to form an eccentric-effect nozzle, in which air, after opening the intake valve, in passing through the passage slot thus formed, can be accelerated more strongly in a peripheral zone of the intake valve than in the rest of this peripheral zone, the minimum section plane of the narrowing section of channel is disposed eccentric behind the head of the intake valve and the intake channel, starting from its plane of minimum section, tapers and asymmetrically with respect to the axis of the intake valve to the plane of minimum channel section and, from this plane, widens again asymmetrically up to the valve seat, the inlet angle of the nozzle thus formed being the smallest in the peripheral zone of the valve d inlet located on the side after which penetrating air in the cylinder must be accelerated more strongly than in the rest of the peripheral zone, in order to provide the filling of the cylinder with a swirling movement around the axis of the cylinder.

Avec une telle conformation du canal d'admission, l'air entrant dans le cylindre est non seulement accéléré, il est en meme temps dévié de façon contrôlée et ceci en plus avec des pertes minimales dans l'écoulement. Cette dernière particularité provient de ce que l'invention confère une forme favorable pour l'dcou- lement à toutes les zones du canal d'admission.Dans la pratique, les avantages apportés par l'invention résultent d'une chute de pression créée directement devant le siège de soupape entre une zone périphérique de la fente de passage libérée par la soupape d'admission et le reste de cette zone périphérique, l'air traversant cette fente du côté de la zone périphérique à pression plus basse étant doté d'une composante de vitesse plus élevée, laquelle est orientée à peu près tangentiellement à la paroi du cylindre et confère ainsi au remplissage du cylindre un mouvement tourbillonnant autour de l'axe du cylindre. La mise en turbulence de ces masses d'air se trouvant dans le cylindre est assurée par les courants d'air qui traversent la fente de passage dans la zone où règnent une pression plus haute et une vitesse d'écoulement plus faible. With such a configuration of the intake channel, the air entering the cylinder is not only accelerated, it is at the same time deflected in a controlled manner and this in addition with minimal losses in the flow. This latter feature stems from the fact that the invention gives a favorable shape for the flow to all the zones of the intake channel. In practice, the advantages provided by the invention result from a pressure drop created directly in front of the valve seat between a peripheral zone of the passage slot freed by the intake valve and the rest of this peripheral zone, the air passing through this slot on the side of the peripheral zone at lower pressure being provided with a component of higher speed, which is oriented approximately tangentially to the wall of the cylinder and thus gives the filling of the cylinder a swirling movement around the axis of the cylinder. The turbulence of these air masses in the cylinder is ensured by the air currents which pass through the passage slot in the area where there is a higher pressure and a lower flow speed.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est une coupe d'une culasse de moteur à combustion interne de type connu, avec un canal d'admission dont les particularités ont déjà été décrites dans ce qui précède ; et
- les figures 2, 3 et 4 représentent chacune une coupe d'une culasse de moteur à combustion interne avec un canal d'admission conformé selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows of several nonlimiting exemplary embodiments, as well as from the appended drawings, in which
- Figure 1 is a section through an internal combustion engine cylinder head of known type, with an intake channel whose features have already been described in the foregoing; and
- Figures 2, 3 and 4 each show a section of an internal combustion engine cylinder head with an intake channel shaped according to the invention.

La culasse représentée sur la figure 1 avec son canal d'admission de type connu sert uniquement d'élément de comparaison et pour aider à faire comprendre les différences entre la forme de canal d'admission selon l'invention et la forme connue. The cylinder head shown in FIG. 1 with its known type intake channel serves only as a comparison element and to help explain the differences between the shape of the intake channel according to the invention and the known shape.

Comme, exception faite du tronçon de canal d'admission réalisé différemment, selon l'invention, toutes les autres parties des figures 1 à 4 sont identiques, on peut faire une comparaison directe entre la solution connue selon la figure 1 et les solutions selon l'invention représentées sur les figures 2, 3 et 4.As, with the exception of the intake channel section produced differently, according to the invention, all the other parts of FIGS. 1 to 4 are identical, a direct comparison can be made between the known solution according to FIG. 1 and the solutions according to l invention shown in Figures 2, 3 and 4.

Sur les figures 2, 3 et 4, montrant la forme de canal d'admission selon l'invention, des parties identiques sont désignées par les mêmes références. In FIGS. 2, 3 and 4, showing the shape of the intake channel according to the invention, identical parts are designated by the same references.

Sur les figures 2, 3 et 4, la référence 1 désigne dans son ensemble la culasse d'un moteur à combustion interne et 2 désigne un canal d'admission dans son ensemble. Ce canal d'admission peut être ouvert et fermé par la tête 3 d'une soupape d'admission 5 qui est guidée par sa tige 4 dans la culasse 1 La position d'ouverture de la soupape d'admission 5, où le canal d'admission 2 est ouvert, est représentée en pointillé sur les différentes figures. A cette position, la soupape 5 libère une fente de passage annulaire, à travers de laquelle de l'air peut s'écouler du canal d'admission 2 dans le sens des flèches à l'intérieur du cylindre correspondant du moteur. Le canal 2 est délimité dans la culasse par une paroi 6. Dans sa zone terminale côté chambre de combustion, le canal d'admission 2 est formé par un tronçon de canal 2/1 qui rétrécit légèrement la section droite du canal et s'étend jusqu'à une ligne auxiliaire 7 en traits mixtes, ainsi que par un tronçon de canal 2/2 qui s'y raccorde. Ce dernier tronçon s'élargit, à partir du plan de section minimale du canal, qui est marqué sur le dessin par la ligne auxiliaire 7, jusqu'à un siège de soupape conique 8. La partie de paroi s'élargissant sous une forme particulière du tronçon de canal 2/2 forme ainsi, avec le côté arrière 9 de la tête de soupape, une tuyère d'admission dissymétrique 10 à angle aigu. In FIGS. 2, 3 and 4, the reference 1 designates as a whole the cylinder head of an internal combustion engine and 2 designates an intake channel as a whole. This intake channel can be opened and closed by the head 3 of an intake valve 5 which is guided by its rod 4 in the cylinder head 1 The open position of the intake valve 5, where the channel d admission 2 is open, is shown in dotted lines in the various figures. At this position, the valve 5 releases an annular passage slot, through which air can flow from the intake channel 2 in the direction of the arrows inside the corresponding cylinder of the engine. The channel 2 is delimited in the cylinder head by a wall 6. In its end zone on the combustion chamber side, the intake channel 2 is formed by a section of channel 2/1 which slightly narrows the cross section of the channel and extends up to an auxiliary line 7 in dashed lines, as well as by a 2/2 channel section which is connected to it. This last section widens from the minimum section plane of the channel, which is marked in the drawing by the auxiliary line 7, to a conical valve seat 8. The wall part widens in a particular form of the channel section 2/2 thus forms, with the rear side 9 of the valve head, an asymmetrical inlet nozzle 10 at an acute angle.

Pour comprendre ce qui caractérise la forme de canal d'admission selon l'invention, il y a lieu de se reporter encore une fois à la forme de canal d'admission connue selon figure 1. To understand what characterizes the shape of the intake channel according to the invention, it is necessary to refer once again to the shape of the known intake channel according to FIG. 1.

Ce canal connu possède également une tuyère d'admission à angle aigu, comme déjà mentionné, mais qui est symmétrique parce que son angle d'admission a ne change pas sur tout le pourtour de la soupape d'admission, par suite de la conformation symétrique de la partie de paroi située immédiatement devant le siège de soupape; cette symétrie a pour conséquence que lorsque la soupape d'admission est ouverte, l'air qui traverse la fente de passage créée par cette ouverture, possède la même vitesse sur tout le pourtour de la tête de soupape et pénètre en outre dans le cylindre avec tout autour le même angle par rapport à l'axe de la soupape d'admission, autrement dit, les masses d'air sont seulement accélérées, mais ne sont pas déviées.This known channel also has an acute angle inlet nozzle, as already mentioned, but which is symmetrical because its inlet angle a does not change over the entire periphery of the inlet valve, due to the symmetrical conformation the wall portion immediately in front of the valve seat; the consequence of this symmetry is that when the intake valve is open, the air passing through the passage slit created by this opening has the same speed around the entire circumference of the valve head and also enters the cylinder with all around the same angle to the axis of the intake valve, in other words, the air masses are only accelerated, but are not deflected.

Par contre, avec la forme de canal d'admission selon l'invention, le plan de section minimale, indiqué par la ligne auxiliaire 7 en traits mixtes, du tronçon de canal 2/1 qui se rétrécit, est situé excentré derrière la tête 3 de la soupape 5, de préférence à peu près à la hauteur de la transition entre la tige 4 et la tête 3 de la soupape. A partir de son plan de section minimale, le canal d'admission 2 conduit à ce plan de section minimale en se rétrécissant et avec une conformation dissymétrique par rapport à l'axe de la soupape d'admission. A partir du plan de section minimale, le canal 2 s'élargit de nouveau de façon dissymétrique, par son tronçon 2/2, jusqu'au siège de la soupape. La forme de ce tronçon de canal 2/2 est difficile à décrire par des mots; on pourrait considérer qu'il s'agit de la forme d'un tube de trompette courbé.Un canal d'admission 2 ayant cette forme conduit à une tuyère 10 à effet excentré, dans laquelle, après ouverture de la soupape, l'air, en traversant la fente de passage ainsi formée, peut être accéléré plus fortement dans une zone périphérique de cette fente que dans la partie restante de cette zone. L'angle d'admission ss de cette tuyère à effet excentré est le plus petit dans la zone périphérique de la soupape 5 située du côté après lequel l'air pénétrant dans le cylindre doit être accéléré plus fortement que dans le reste de la zone périphérique, ceci afin de conférer au remplissage du cylindre un mouvement tournoyant autour de l'axe du cylindre. On the other hand, with the shape of an intake channel according to the invention, the plane of minimum section, indicated by the auxiliary line 7 in phantom, of the channel section 2/1 which narrows, is located eccentric behind the head 3 of the valve 5, preferably approximately at the height of the transition between the rod 4 and the head 3 of the valve. From its minimum section plane, the intake channel 2 leads to this minimum section plane by narrowing and with an asymmetrical conformation with respect to the axis of the intake valve. From the minimum section plane, the channel 2 widens again asymmetrically, by its 2/2 section, to the seat of the valve. The shape of this 2/2 channel section is difficult to describe in words; one could consider that it is the shape of a curved trumpet tube. An intake channel 2 having this shape leads to a nozzle 10 with an eccentric effect, in which, after opening the valve, the air , by crossing the passage slit thus formed, can be accelerated more strongly in a peripheral zone of this slit than in the remaining part of this zone. The inlet angle ss of this eccentric effect nozzle is the smallest in the peripheral zone of the valve 5 located on the side after which the air entering the cylinder must be accelerated more strongly than in the rest of the peripheral zone , this in order to give the filling of the cylinder a swirling movement around the axis of the cylinder.

Les figures 2, 3 et 4 montrent trois formes de canal d'admission différentes qui entrent dans le cadre de la géométrie selon l'invention. Ces formes de canal se distinguent, pour l'essentiel, seulement dans le tronçon de canal 2/2, donc dans ia partie de canal qui, à partir du plan de section minimale, s'élargit à la façon d'une tube de trompette courbé jusqu'au siège de soupape 8. La forme de canal d'admission selon l'invention est applicable tant à des canaux d'admission sans siège de soupape rapporté qu'à des canaux d'admission avec siège de soupape rapporté refroidi ou non refroidi. La forme selon l'invention du canal d'admission peut être réalisée par coulée ou forgeage de la forme définitive ou par coulée ou forgeage et usinage consécutif par enlèvement de copeaux. Comme cela ressort d'ailleurs des représentations des figures 2, 3 et 4, tous les canaux diadmis- sion satisfont à l'exigence d'une forme de canal aussi favorable que possible pour l'écoulement, de sorte que les pertes d'écoulement pouvant se produire sont minimales. Figures 2, 3 and 4 show three different intake channel shapes which fall within the scope of the geometry according to the invention. These channel shapes are distinguished, essentially, only in the channel section 2/2, therefore in the part of the channel which, from the plane of minimum section, widens like a trumpet tube curved up to the valve seat 8. The shape of the intake channel according to the invention is applicable both to intake channels without added valve seat and to intake channels with cooled or uncooled valve seat cooled. The shape according to the invention of the intake channel can be produced by casting or forging the final shape or by casting or forging and subsequent machining by chip removal. As can be seen from the representations in FIGS. 2, 3 and 4, all the admitting channels satisfy the requirement of a channel shape as favorable as possible for the flow, so that the flow losses that can occur are minimal.

Claims

1. Intake channel formed in the cylinder head of an internal combustion engine and which can be opened or closed by the head of a controlled valve, which is constituted in its end part on the combustion chamber side by a section of channel which reduces slightly the section of the channel, as well as by a section of channel which follows it and widens again from the plane of minimum section of the channel to end on a conical valve seat, the last section of channel forming a nozzle intake at an acute angle with the rear face of the intake valve head, characterized in that, in order to form an eccentric nozzle (10), in which air, after opening the valve intake (5), by crossing the passage slot thus formed, can be accelerated more strongly in a peripheral zone of the intake valve (5) than in the rest of this peripheral zone, the minimum section plane of the section channel (2/1) which narrows is arranged eccentric behind the head (3) of the intake valve (5) and the intake channel (2), from its plane of maximum cross-section, extends by narrowing and asymmetrically with respect to the axis of the intake valve to the minimum channel cross-sectional plane and, from this plane, widens asymmetrically again up to the valve seat (8), the angle of intake (f3) of the nozzle thus formed being the smallest in the peripheral zone of the intake valve (5) located on the side after which air entering the cylinder must be accelerated more strongly than in the rest of the peripheral zone, in order to provide the filling of the cylinder with a swirling movement around the axis of the cylinder.

2. Inlet channel according to claim 1, characterized in that the minimum section plane of the narrowing channel section (2/1) is located eccentric relative to the axis of the intake valve behind the head (3) of this valve, approximately at the height of the transition between the rod (4) and the head (3) of the intake valve (5).

3. Intake channel according to claim 1, characterized in that the channel section (2/2) which widens from the minimum section plane of the channel and up to the seat (8) of the valve has roughly the shape of a curved trumpet tube.