DE2035939B1

DE2035939B1 - Cylinder head for internal combustion engines

Info

Publication number: DE2035939B1
Application number: DE19702035939
Authority: DE
Inventors: Gerhard Finsterwalder; Paul Tholen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1970-07-20
Filing date: 1970-07-20
Publication date: 1972-02-03

Description

Durch diese Verformung der Leitschaufel wird in zweckmäßiger Weise eine Anpassung des in den Zylinder eintretenden Luftdralls in einem bestimmten Drehzahlbereich zur Erzielung einer bestmöglichen Verbrennung und Leistung erreicht. Die Verformbarkeit der Leitschaufel ermöglicht eine gleichmäßige Einstellung des Drallwertes bei in Serien gefertigten Zylinderköpfen, bei denen durch die Fertigungstoleranzen streuende Drallwerte anfallen. Ferner ist durch diese Veränderungsmöglichkeit die Fertigung von Zylinderköpfen nach einfachen und wirtschaft- This deformation of the guide vane is expediently an adaptation of the air swirl entering the cylinder in a certain speed range to achieve the best possible combustion and performance. The deformability the guide vane enables the swirl value to be adjusted evenly at in Series-produced cylinder heads in which the manufacturing tolerances mean that Twist values arise. Furthermore, this possibility of change is the production of cylinder heads according to simple and economical

lichen Gußverfahren möglich, wobei an den Einlaßdrallkanal keine besonders hohen Ansprüche hinsichtlich Lage und Formgenauigkeit gestellt werden.Union casting process possible, with none particularly at the inlet swirl channel high demands are made in terms of position and shape accuracy.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Leitvorrichtung den Einlaßdrallkanal in an sich bekannter Weise in Strömungsrichtung unterteilt und daß der Strömungsquerschnitt des einen Kanalteiles, der zur Drallachse eine geringere Exzentrizität aufweist, durch eine federnde Leitschaufel in Abhängigkeit des Ansaugdruckes veränderbar ist. Hiermit ist es möglich, bei niedrigen Drehzahlen mit geringer Luftgeschwindigkeit durch Teilung des Einlaßdrallkanals eine hohe Luftgeschwindigkeit und damit einen starken Drall aufrechtzuerhalten. Mit steigender Drehzahl und größerem Unterdruck wird die federnde Leitschaufel, die den Kanalteil mit geringerer Exzentrizität verschlossen hielt, geöffnet, wodurch sich eine größere Luftmenge und eine bestimmte Drallabsenkung ergibt, bis sie sich schließlich an die Leitvorrichtung anlegt. In a further embodiment of the invention it is proposed that that the guide device the inlet swirl channel in a known manner in the flow direction divided and that the flow cross-section of the one channel part that leads to the swirl axis has a lower eccentricity, depending on a resilient guide vane the suction pressure is changeable. This makes it possible at low speeds with a low air speed due to the division of the inlet swirl channel, a high air speed and thus maintain a strong twist. With increasing speed and greater The resilient guide vane, which forms the duct part with less eccentricity, is underpressure kept closed, opened, creating a greater amount of air and a certain amount of air Swirl reduction results until it finally rests on the guide device.

Um für den Kaltstart besonders günstige Voraussetzungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, daß eine federnde Leitschaufel eine Bimetallfeder ist, die mit fallender Temperatur ihre Form in drallmindernder Richtung ändert. Damit wird beim Start und besonders beim Kaltstart die Wirkung des Dralls in vorteilhafter Weise aufgehoben. In order to create particularly favorable conditions for a cold start, it is proposed that a resilient guide vane is a bimetal spring with as the temperature falls, changes its shape in a direction that reduces swirl. This means that the Start and especially with a cold start the effect of the swirl in an advantageous manner canceled.

Es ist ein weiterer Gedanke der Erfindung, daß bei einer Einspritzbrennkraftmaschine mit Aufladung die Leitvorrichtung eine Bimetallfeder ist, die mit steigender Temperatur den Strömungsquerschnitt des Einlaßdrallkanals vergrößert. Dadurch wird mit steigender Last, die wiederum eine steigende Temperatur der Ansaugluft zur Folge hat, der Kanalquerschnitt vergrößert, der Drall jedoch geringfügig herabgesetzt. It is a further idea of the invention that in an injection internal combustion engine with charging the guide device is a bimetallic spring, which with increasing temperature the flow cross-section of the inlet swirl channel increased. This will increase with Load, which in turn results in a rising temperature of the intake air, is the duct cross-section increased, but the twist slightly reduced.

In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawings are various embodiments of the invention shown schematically.

Die A b b. 1 bis 4 zeigen Drallkanäle im Schnitt quer zur Drallachse.The A b b. 1 to 4 show swirl channels in a section transverse to the swirl axis.

In A b b. 1 ist ein Einlaßdrallkanal 1 mit zugeordnetem Ventilsitz 2 und Ventilschaft 3 dargestellt. In A b b. 1 is an inlet swirl channel 1 with an associated valve seat 2 and valve stem 3 shown.

Der Einlaßdrallkanal 1 ist in einem Maschinengehäuse oder Zylinderkopf 5 vorgegossen. Er geht von einer Begrenzungsfläche 6 des Zylinderkopfes 5 aus, an die sich ein in der A b b. 2 dargestelltes Luftansaugrohr, Luftfilter oder Luftaufnehmer anschließt. Durch das spiralig um den Ventilsitz angeordnete Einlaßdrallkanalende 7 wird der in den Zylinder- oder Brennraum eintretenden Luft der für eine bestmögliche Verbrennung notwendige Drall erteilt. In seiner Längsrichtung ist der Einlaßdrallkanal 1 durch eine parallel zur Ventilachse 4 verlaufende Leitvorrichtung 8 in zwei annähernd gleich breite Kanalteile 10, 11 geteilt. Je nach angestrebter Drallwirkung kann die Breite des einen oder anderen Kanalteils auch überwiegen. Die Leitvorrichtung 8 ist im Zylinderkopf 5 eingegossen, eingeschweißt oder mittels einer lösbaren Verbindung an diesem befestigt. Das dem Ende 7 des Einlaßdrallkanals zugekehrte Ende 9 der Leitvorrichtung3 ist sowohl im Werkstoff wie in der Form so ausgewählt, daß eine bleibende Verformung zum Zwecke der Drallveränderung möglich ist. Eine solche Veränderung des Dralls ist notwendig, wenn durch Herstelltoleranzen, insbesondere durch Form, Lage- und Oberflächenbeschaffenheit des Einlaßdrallkanals 1 im Zylinderkopf oder Maschinengehäuse, die Drallwerte stark streuen und so auf einen engeren Bereich beschränkt werden sollen. Eine weitere Notwendigkeit der Drallveränderung kann in der Verwendung der Zylinderköpfe 5 für eine Baureihe mit serschiedenen Leistungs- und Anwendungsgebieten oder Bauarten mit und ohne Aufladung liegen.The inlet swirl channel 1 is in a machine housing or cylinder head 5 pre-cast. It starts from a boundary surface 6 of the cylinder head 5 the one in the A b b. 2 shown air intake pipe, air filter or air receiver connects. Due to the inlet swirl channel end arranged in a spiral around the valve seat 7, the air entering the cylinder or combustion chamber is the best possible Combustion given the necessary twist. The inlet swirl channel is in its longitudinal direction 1 by a guide device 8 running parallel to the valve axis 4 in two approximations equally wide channel parts 10, 11 divided. Depending on the desired swirl effect, the width of one or the other channel part also predominate. The guiding device 8 is cast, welded or by means of a releasable connection in the cylinder head 5 attached to this. The end 9 of the inlet swirl channel facing the end Leitvorrichtung3 is selected both in the material and in the form that a permanent deformation for the purpose of changing the twist is possible. Such a change the twist is necessary if manufacturing tolerances, in particular shape, Positional and surface properties of the inlet swirl channel 1 in Cylinder head or Machine housings that strongly scatter the twist values and thus within a narrower range should be restricted. Another need to change the twist can be found in the use of the cylinder heads 5 for a series with different power and areas of application or types with and without charging.

In A b b. 2 ist ein Einlaßdrallkanal 1 ähnlicl1 dem in A b b. 1 dargestellt. Eine Leitvorrichtung 8 läuft parallel zur Ventilachse 4 und in Kanallängsrichtung. In A b b. 2 is an inlet swirl channel 1 similar to that in A b b. 1 shown. A guide device 8 runs parallel to the valve axis 4 and in the longitudinal direction of the duct.

Von dieser wird der Einlaßdrallkanal 1 in zwei annähernd gleich breite Kanalteile 10, 11 geteilt.From this the inlet swirl channel 1 is approximately equal in width in two Channel parts 10, 11 divided.

Je nach angestrebter Drallwirkung kann die Breite des einen oder anderen Kanalteiles 10 oder li überwiegen. Eine federnde Leitschaufel 13, die mit der Leitvorrichtung 8 an deren Ausgangspunkt an der Flanschfläche6 des Zylinderkopfes 5 verbunden ist, spreizt sich von dieser zunehmend ab und hält damit den Kanalteil 11 geschlossen. Die federnde Eigenschaft der Leitschaufel 13 wird durch Auswahl eines geeigneten Werkstoffes oder durch eine zusätzliche Blattfeder 14 erzielt. Durch den Abschluß des Kanalteiles 11 gelangt bei geringem Unterdruck im Einlaßdrallkanal 1 und damit bei niedrigen Drehzahlen die Verbrennungsluft über den zum Ventil stark exzentrisch liegenden Kanalteil 10, womit sich ein starker Drall ergibt. Mit steigender Drehzahl wird die Leitschaufel 13 von dem zunehmenden Unterdruck von der Schließstellung bis zur völligen Öffnung, bei der sie an der Leitvorrichtung8 anliegt, elastisch verformt. Hierdurch wird der Kanalteil 11 zunehmend freigegeben, so daß der gesamte Strömungsquerschnitt des Einlaßdrallkanals 1 wirksam wird. Durch die weniger exzentrische Lage des Kanalteiles 11 zum Ventil nimmt die Drallwirkung der beiden Kanalteile 10, 11 trotz zunehmender Öffnung geringfügig ab. Depending on the desired swirl effect, the width of one or other channel part 10 or li predominate. A resilient guide vane 13, which with of the guide device 8 at its starting point on the flange surface 6 of the cylinder head 5 is connected, spreads from this increasingly and thus holds the channel part 11 closed. The resilient property of the guide vane 13 is determined by selection a suitable material or by an additional leaf spring 14 achieved. Due to the closure of the channel part 11, there is a slight negative pressure in the inlet swirl channel 1 and thus the combustion air over the to the valve at low speeds eccentrically lying channel part 10, which results in a strong twist. With increasing The speed of the guide vane 13 is increased by the increasing negative pressure from the closed position until it is completely open, at which point it rests against the guide device 8 deformed. As a result, the channel part 11 is increasingly released, so that the entire Flow cross section of the inlet swirl channel 1 becomes effective. Because of the less eccentric The position of the channel part 11 relative to the valve takes the swirl effect of the two channel parts 10, 11 slightly decreased despite increasing opening.

Dagegen wird die Luftmenge durch die Vergrößerung des Kanalquerschnittes wesentlich gesteigert und dadurch der höheren Drehzahl angepaßt. Abweichend von der Darstellung kann die Leitschaufel 13 ebenso an der Kanalwand 15 befestigt sein und in Richtung der Leitvorrichtung 8 schließen. Zur Abstimmung des Dralls ist das Ende 9 der Leitvorrichtung 8 verformbar ausgebildet, wie zu A b b. 1 beschrieben.On the other hand, the amount of air is increased by the enlargement of the duct cross-section significantly increased and thus adapted to the higher speed. Deviating from As shown, the guide vane 13 can also be attached to the duct wall 15 and close in the direction of the guide device 8. This is for tuning the twist The end 9 of the guide device 8 is designed to be deformable, as in A b b. 1 described.

In A b b. 3 ist ein Einlaßdrallkanal 1 ähnlich dem in A b b. 1 für eine aufgeladene Brennkraftmaschine dargestellt. Eine an der Kanalwand 15 des Einlaßdrallkanals 1 befestigte Bimetallfeder 16 spreizt sich parallel zur Ventilachse 4 zunehmend von der Kanalwand 15 des Einlaßdrallkanals 1 zur Kanahnitte hin und lenkt damit die Strömung drallverstärkend ab. In A b b. 3 is an inlet swirl channel 1 similar to that in A b b. 1 for a supercharged internal combustion engine is shown. One on the duct wall 15 of the inlet swirl duct 1 attached bimetal spring 16 spreads increasingly parallel to the valve axis 4 from the channel wall 15 of the inlet swirl channel 1 to the center of the channel and thus steers the flow increases swirl.

Zugleich ergibt sich durch die Stellung der Bimetallfeder 16 eine Kanalquerschnittsverengung mit geringerer Luftförderung. Da bei Aufladung mit zunehmender Last die Temperatur der Ladeluft ansteigt, wird die Krümmung der Bimetallfeder 16 geringer und damit der Kanalquerschnitt größer, so daß mit zunehmender Last auch eine größere Luftmenge zur Verfügung steht, wodurch sich die Drallwirkung verringert. Als obere Begrenzung für den Verstellbereich der Bimetallfeder 16 dient eine an der Kanalwand 15 des Einlaßdrallkanals 1 angeordnete Leitschaufel 17, die in ihrer Lage und Form so geändert werden kann, daß sich die bei der Serienfertigung stark streuenden Drallwerte auf einen engen Bereich justieren lassen.At the same time, the position of the bimetal spring 16 results in a Narrowing of the duct cross-section with less air delivery. Since when charging with increasing When the temperature of the charge air increases, the curvature of the bimetal spring 16 becomes smaller and thus the channel cross-section larger, so that with increasing load too a larger amount of air is available, which reduces the swirl effect. An an serves as the upper limit for the adjustment range of the bimetal spring 16 the channel wall 15 of the inlet swirl channel 1 arranged guide vane 17, which in their Position and form can be changed so that the mass production strongly allow the scattering twist values to be adjusted to a narrow range.

In A b b. 4 ist ein Einlaßdrallkanal 1 ähnlich dem in Ab b. 3 für eine aufgeladene Einspritzbrennkraftmaschine dargestellt. Eine an der Kanalwand 15 des Einlaßdrallkanals 1 befestigte Bimetallfeder 16, die durch ihre Lage und Richtung drallverstärkend wirkt, gibt mit zunehmender Ladelufttemperatur einen größeren Kanalquerschnitt frei und wird in ihrer größten Öffnung von einer Leitschaufel 17 begrenzt. In A b b. 4 is an inlet swirl channel 1 similar to that in Ab b. 3 for a supercharged injection engine shown. One on the channel wall 15 of the inlet swirl channel 1 attached bimetal spring 16, which by their position and direction have a swirl-enhancing effect as the charge air temperature increases a larger channel cross-section free and is in its largest opening by a Guide vane 17 limited.

Die Grenzstellung der Leitschaufel 17 wird durch bleibende Verformung festgelegt, wodurch sich bei Serienfertigung stark streuende Drallwerte, bedingt durch Herstelltoleranzen, auf einen engen Bereich beschränken lassen. An der Kanalwand 18 des Einlaßdrallkanals 1 ist eine zweite, als Bimetallfeder ausgebildete, federnde Leitschaufel 19 angeordnet, die sich parallel zur Ventilachse4 von der Kanalwand 18 zur Kanalmitte spreizt und durch ihre Lage und Form drallmindernd wirkt. Bei kalter Maschine .steht die federnde Leitschaufel 19 so weit zur Kanal- mitte hin, daß die Drallwirkung völlig aufgehoben wird, womit besonders günstige Voraussetzungen für den Kaltstart gegeben sind. Mit zunehmender Temperatur der Ladeluft, die sich mit steigender Last ergibt, wird die Spreizung der federnden Leitschaufel 19 zur Kanalwand 18 des Einlaßdrallkanals 1 geringer, bis sie schließlich bei Erreichen der Betriebstemperatur an der Kanalwand 18 anliegt.The limit position of the guide vane 17 is caused by permanent deformation determined, which results in highly scattering twist values in series production can be restricted to a narrow range by manufacturing tolerances. On the canal wall 18 of the inlet swirl channel 1 is a second, designed as a bimetallic spring, resilient Guide vane 19 arranged, which extends parallel to the valve axis4 from the duct wall 18 spreads towards the center of the duct and its position and shape reduce twist. at cold machine. is the resilient guide vane 19 so far to the channel in the middle, that the swirl effect is completely canceled, with which particularly favorable conditions for a cold start are given. As the temperature of the charge air increases results with increasing load, the spread of the resilient guide vane 19 to Channel wall 18 of inlet swirl channel 1 is less until it is finally reached the operating temperature is applied to the duct wall 18.

Damit wird zugleich die durch die Form des Einlaßdrallkanals 1 entstehende Drallwirkung voll wirksam.This is also the result of the shape of the inlet swirl channel 1 Twist effect fully effective.

Wenn diese Kaltstarthilfe im Zusammenwirken mit einer aufgeladenen Maschine beschrieben wurde, so soll sie hierauf nicht beschränkt bleiben. Es ist ebenso möglich, die Bimetallfeder allein auf die Erwärmung des Zylinderkopfes, von der auch die Kanalwände des Einlaßdrallkanals erfaßt werden, abzustimmen. If this cold start aid works in conjunction with a charged Machine has been described, it should not be limited to this. It is also possible, the bimetal spring solely on the heating of the cylinder head, from which also includes the channel walls of the inlet swirl channel.

Claims

Claims: 1. In the intake swirl duct of fuel injection engines for changing the twist arranged guide device, thereby marked e i c h n e t that the guiding device (8) can be changed in its shape, with its area runs parallel to the twist axis in a manner known per se.

2. Guide device according to claim 1, characterized in that the Guide device (8? The inlet swirl channel (1) in a manner known per se in flow adjustment divided and that the flow cross-section of a channel part (11), which for The twist axis has a lower eccentricity, thanks to a resilient guide vane (13, 19) can be changed as a function of the suction pressure. -

3. Guide device according to claim 1 or 2, characterized in that the resilient guide vane (13) is designed so that it is under the influence of the suction pressure in the channel part (11) applies to the guide device (8).

4. Guide device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the resilient guide vane (19) is a bimetal spring, which with falling temperature changes its shape in a twist-reducing direction.

5. Guide device for a supercharged internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the guide device is a bimetallic spring (16) is that, with increasing temperature, the flow cross-section of the inlet swirl channel (1) enlarged.

The invention applies one in the intake swirl channel of injection internal combustion engines guide device arranged to change the twist.

In high-speed internal combustion engines that operate over a wide speed range operated, such as vehicle internal combustion engines, it is not possible to to achieve the best possible combustion and performance for all speed ranges.

The best possible combustion and performance depends, among other things, on the Injection law, the shape of the combustion chamber and the air movement in the combustion chamber. These components are usually matched to a certain limited speed range, in to which they result in the highest level of performance. Be outside this speed range the performance and the combustion worse and limit with permissible smoke values and / or the thermal load capacity of the components, the performance range of the machine.

The aim is to continue the speed range of highest performance to expand. For this it is necessary, among other things, to achieve the best possible combustion Co-determining factors, injection law, combustion chamber shape and air movement in the combustion chamber to adapt to the respective speed. In machines with direct injection as a very effective full adaptation the change in air flow in the combustion chamber result.

This air flow created by the special shape of the inlet swirl channel a swirl is given, is in the usual air inlet swirl channels in a cast design Subject to such fluctuations due to manufacturing tolerances that for internal combustion engines in a multi-cylinder design or even for series production, the same parts must be selected with the same swirl effect.

With such a selection, however, there is a considerable increase in cost connected by storage and control during assembly.

It is known (Swiss patent 345 197), the air flow in the inlet duct through built-in guide elements so that the air flow in two partial flows is divided, which in the opposite direction the valve stem or flow around its leadership. It is also known (German patent specification 1 044514), the swirl of the combustion air entering the cylinder with a bowl-shaped curved flap which is rotatable about an axis and which is arranged in the inlet channel strengthen or weaken. This is an adaptation of the air swirl to the Operating requirements, especially favorable starting conditions, are given.

It is also known (German Auslegeschrift 1211438) to improve the starting process of internal combustion engines with two inlet valves and swirl channels, the circulating air flow generated by the swirl channels in the cylinder for the starting process to be canceled because this creates better conditions for the start. This deactivation of the air swirl takes place by reducing the cross-section and Division into partial flows by means of throttle valves in the inlet ducts.

In the throttle are on the circumference opposite and transversely to Swirl axis recesses are provided through which one is divided into two partial flows Minimum air volume with closed flap flows without swirl.

The disadvantage of the latter versions is that the control of the air swirl of working depending on the speed of the internal combustion engine Facilities takes place.

The invention is based on the object of manufacturing technology using simple means to compensate for any deviations in the swirl values of the intake thrust channels, an immediate one To achieve control of the air swirl entering the cylinder and thus over a larger speed range, favorable operating behavior and good combustion to achieve. In the case of a guide device of the type mentioned at the outset, it is thereby solved that the guide device is changeable in shape, with its area runs parallel to the twist axis in a manner known per se.