DE2035940B2 - Multi-cylinder injection internal combustion engine with intake swirl channels - Google Patents

Multi-cylinder injection internal combustion engine with intake swirl channels

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Description

4040

Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Einspritzbrennkraftmaschine mit Einlaßdrallkanälen, die durch eine Leitschaufel in zwei Drallkanalteile mit unterschiedlichem Drall geteilt sind.The invention relates to a multi-cylinder injection internal combustion engine with inlet swirl channels, which are divided into two swirl channel parts with different swirls by a guide vane.

Bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, die über einen weiten Drehzahlbereich betrieben werden, wie beispielsweise Fahrzeugbrennkraftmaschinen, ist es nicht möglich, für alle Drehzahlbereiche eine optimale Verbrennung und Leistung zu erreichen. Eine optimale Verbrennung und Leistung hängt unter anderem vom Einspritzgesetz, der Brennraumform und der Luftbewegung im Brennraum ab. Diese Komponenten sind in der Regel auf einen bestimmten begrenzten Drehzahlbereich abgestimmt, in dem sie ein Optimum an Lei- $tung ergeben. Außerhalb dieses Drehzahlbereiches Werden die Leistung und die Verbrennung schlechter und begrenzen mit zulässigen Rauchwerten Ut.d/oder der thermischen Belastbarkeit der Bauteile den Leistungsbereich der Maschine.In high-speed internal combustion engines that are operated over a wide speed range, such as for example vehicle internal combustion engines, it is not possible to find an optimal one for all speed ranges To achieve combustion and performance. Optimal combustion and performance depend, among other things, on the Injection law, the shape of the combustion chamber and the air movement in the combustion chamber. These components are in usually matched to a certain limited speed range in which they have an optimum of power result. Outside this speed range, performance and combustion deteriorate and limit with permissible smoke values Ut.d / or the thermal load capacity of the components the performance range of the machine.

Es wird angestrebt, den Drehzahlbereich optimaler Leistung weiter auszudehnen. Hierzu ist es notwendig, die unter anderem eine optimale Verbrennung mitbestimmenden Faktoren Einspritzgesetz, Brennraumform und Luftbewegung im Brennraum der jeweiligen Drehzahl anzupassen. Bei Maschinen mit Direkteinspritzung hat sich als eine sehr wirkungsvolle Anpassung die Veränderung der Luftströmung im Brennraum ergeben.The aim is to further expand the speed range of optimal performance. For this it is necessary the factors influencing optimal combustion, among other things, injection law, combustion chamber shape and adjust air movement in the combustion chamber to the respective speed. For machines with direct injection The change in the air flow in the combustion chamber has proven to be a very effective adaptation.

Diese Luftströmung, der durch besondere Formgebung des Einlaßdrallkanals ein Drall erteilt wird, ist bei den üblichen Lufteinlaßdrallkanälen in Gußausführung durch Fertigungstoleranzen solchen Schwankungen unterworfen, daß für Brennkraftmaschinen in Mehrzylinderausführung oder überhaupt für eine Serienfertigung gleiche TeUe mit gleicher Drallwirkung ausgewählt werden müssen. Mit einer solchen Auswahl ist jedoch eine beträchtliche Verteuerung durch Lagerhaltung und Steuerung beim Zusammenbau verbunden.This air flow, which is given a swirl by the special shape of the inlet swirl channel, is at the usual air inlet swirl channels in cast design are subject to such fluctuations due to manufacturing tolerances, that for internal combustion engines in multi-cylinder design or even for series production the same TeUe with the same swirl effect must be selected. With such a choice it is however, a considerable increase in costs associated with storage and control during assembly.

Es ist bekannt (DT-PS 1 044 514), den Drall der in den Zylinder eintretenden Verbrennungsluft mit einer schalenförmig gebogenen, um eine Achse drehbaren Klappe, die im Einlaßkanal angeordnet ist, zu verstärken oder abzuschwächen. Hierdurch ist eine Anpassung des Luftdralls an die Betriebserfordernisse, insbesondere an günstige Startbedingungen gegeben.It is known (DT-PS 1 044 514), the swirl of the combustion air entering the cylinder with a To reinforce a cup-shaped bent flap which is rotatable about an axis and which is arranged in the inlet channel or weaken. This enables the air swirl to be adapted to the operating requirements, in particular given favorable starting conditions.

Es ist bekannt (DT-AS I 038 832, Anspruch 5), im Einlaßkanal Leitelemente vorzusehen, die den Luftstrom in zwei Teilströme um die Ventilführung mit entgegengesetztem Drehsinn zerlegen. Diese Anordnung der Leitelemente ist ortsfest und ergibt nicht über den gesamten Drehzahlbereich der Maschine einen optimal angepaßten Luftdrall, der erfahrungsgemäß beim Startvorgang andere Werte als bei Vollast erfordert.It is known (DT-AS I 038 832, claim 5) to provide guide elements in the inlet duct that control the air flow Split into two partial flows around the valve guide with opposite directions of rotation. This arrangement the guide element is stationary and does not produce an optimum over the entire speed range of the machine adapted air swirl, which experience has shown requires different values during the starting process than at full load.

Es ist ferner bekannt (DT-AS 1 211 438), zur Verbesserung des Anlaßvorgangs von Brennkraftmaschinen mit zwei Einlaßventilen und Drallkanälen die durch die Drallkanäle erzeugte kreisende Luftströmung im Zylinder für den Startvorgang aufzuheben, weil hierdurch bessere Voraussetzungen für das Anlassen geschaffen werden. Dieses Unwirksammachen des Luftdralls erfolgt durch Querschnittsverkleinerungen und Aufteilung in Teilströme mittels Drosselklappen in den Einlaßkanälen. In den Drosselklappen sind am Umfang gegenüberliegend und quer zur Drallachse Ausnehmungen vorgesehen, durch die eine in je zwei Teilströme geteilte Mindestluftmenge bei geschlossener Klappe ohne Drall strömt.It is also known (DT-AS 1 211 438) to improve the starting process of internal combustion engines with two inlet valves and swirl channels through the Swirl channels generated circling air flow in the cylinder to cancel for the starting process, because this better conditions are created for starting. This deactivation of the air swirl takes place by reducing the cross-section and dividing it into partial flows by means of throttle valves in the inlet ducts. In the throttle valves there are recesses on the circumference opposite and transversely to the swirl axis provided, through which a minimum amount of air divided into two partial flows when the flap is closed flows without twist.

Nachteilig ist bei der vorgenannten Ausführung, daß die Steuerung des Luftdralls indirekt von einer in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine arbeitenden Steuereinrichtung aus erfolgt.The disadvantage of the aforementioned embodiment is that the control of the air swirl is indirectly dependent on one takes place from the speed of the internal combustion engine operating control device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine direkte Regelung des in den Zylinder eintretenden Luftdralls zu erreichen und damit über einen größeren Drehzahlbereich eine optimale Leistung und Verbrennung zu erzielen. Dieses wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Drallkanalteile mit gleichem Drall jeweils an einen Lufteinlaßsammelkanalteil angeschlossen sind, dessen Durchflußquerschnitt veränderlich ist.The invention is based on the object with simple Means to achieve a direct regulation of the air swirl entering the cylinder and thus over a larger speed range to achieve optimal performance and combustion. This is at an internal combustion engine of the type described in that the swirl channel parts with the same Swirl are each connected to an air inlet manifold part, the flow cross-section of which is variable is.

Durch diese Änderung der Durchflußquerschnitte wird in zweckmäßiger Weise die Luftzufuhr zu den Drallkanalteilen eines Einlaßdrallkanais in Anpassung an die Drehzahl der Maschine drallmindernd oder drallverstärkend verändert. Mit dieser Änderung des in den Zylinder eintretenden Luftdralls in Abhängigkeit von der Drehzahl wird zugleich eine optimale Verbrennung und Leistung ermöglicht.By changing the flow cross-sections, the air supply to the is expediently Swirl channel parts of an inlet swirl channel in adaptation to the speed of the machine or swirl reducing changed to increase twist. With this change in the air swirl entering the cylinder as a function the speed enables optimal combustion and performance at the same time.

Die Querschnittsänderung des Lufteinlaßsammelkanals erfolgt in einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß die Veränderung des Durchflußquerschnitts eines oder beider Lufteinlaßsammelkanalteile in Abhängigkeit vom Luftansaugdruck und/oder von der Ladelufttemperatur gesteuert wird.The change in cross section of the air inlet manifold takes place in one embodiment of the invention by that the change in the flow cross section of one or both air inlet manifold parts as a function is controlled by the air intake pressure and / or the charge air temperature.

Vorteilhaft ist hierbei die unmittelbare BeeinflussungThe direct influence is advantageous here

der DraHwirkung durch den Ansaugluftdruck bzw. die Ladelufttemperatur ohne die hilfsweise Funktion eines Drehzahlreglers od. dgl. Um die Sammelkanalteile besonders raumsparend auszubilden und rationell fertigen zu können, wird vorgeschlagen, daß der eine Lufteinlaßsammelkanalteil in an sich bekannter Weise von dem anderen umgeben ist oder beide Luflcinlaßsammelkanalteile in an sich bekannter Weise eine gemeinsame Trennwand haben. Hierdurch ist es möglich, beide Einlaßsammelkanalteile als Einheit zu fertigen und zu lagern.the wire effect through the intake air pressure or the charge air temperature without the auxiliary function of a Speed controller or the like. To the collecting duct parts in particular To be designed in a space-saving manner and to be able to manufacture efficiently, it is proposed that the one air inlet manifold part is surrounded in a manner known per se by the other or both air inlet manifold parts have a common partition in a manner known per se. This makes it possible to do both To manufacture and store inlet manifold parts as a unit.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Veränderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteiis eine federnde Leitschaufel dient, die sich unter dem Ansaugdruck elastisch verformt und mit steigender Drehzahl einen größeren Querschnitt freigibt In gleicher Weise kann auch eine federbelastete Drosselklappe verwendet werden, die sich vorteilhaft einem runden Kanalquerichnitt anpaßt und nur einen geringen Strömungswiderstand hat.In a further embodiment of the invention it is proposed that to change the flow cross-section of the air inlet manifold a resilient guide vane is used, which is under the suction pressure elastically deformed and releases a larger cross-section with increasing speed In the same way A spring-loaded throttle valve can also be used, which advantageously has a round duct cross-section adapts and has only a low flow resistance.

Bei einer Maschine mit Aufladung, jedoch ohne Ladeluftkühlung, bei der sich mit steigender Last die Ladelufttemperatur erhöht, erfolgt die Änderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteiis zweckmäßig durch eine Drosselklappe, die von einem Bimetall gesteuert wird.In the case of a machine with supercharging, but without charge air cooling, in which the charge air temperature increases with increasing load increased, the change in the flow area of the air inlet manifold takes place expediently by a throttle valve which is controlled by a bimetal.

Schließlich wird vorgeschlagen, bei kreisrunden konzentrisch angeordneten Querschnitten der Lufteinlaßsammelkanalteile, daß zur Veränderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteils eine elastische Manschette dient. Damit ergibt sich eine sehr einfache strömungsgünstige und störungsunanfällige Ausführung. In gleicher Weise kann auch ein federbelastetes oder himetallbetätigtes Ringventil, welches vom Druck oder der Temperatur der Ansaugluft betätigt wird, zur Änderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteils verwendet werden.Finally, it is suggested to be concentric in the case of circular arranged cross-sections of the air inlet manifold parts, that to change the flow cross-section of the air inlet manifold part an elastic Cuff is used. This results in a very simple flow-favorable and failure-prone design. In the same way, a spring-loaded or metal-actuated ring valve, which from Pressure or temperature of the intake air is operated to change the flow area of the Air inlet manifold part are used.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In the drawing is an embodiment of the invention shown.

Die Abbildung zeigt einen Lufteinlaßsammelkanal 1, der mit Einlaßdrallkanälen 2, von denen jedoch nur zwei dargestellt sind, durch eine Flanschverbindung 3 verbunden ist und an dessen Lufteintrittsseite 4 ein Luftfilter 5 befestigt ist. Die im nicht näher dargestellten Zylinderkopf angeordneten Einlaßdrallkanäle 2 sind durch eine parallel zur Drallachse 7 angeordnete Leitschaufel 6 jeweils unterteilt in zwei Drallkanalteile 8,9, von denen der Drallkanalteil 8 eine größere Exzentrizität zur Drallachse 7 hat als der Diallkanalteil 9. Die Drallachse 7 fällt in der Abbildung mit der Achse eines nicht naher dargestellten Ventils zusammen. Die größere Exzentrizität des Drallkanalteils 8 zur Drallachse 7 bewirkt einen stärkeren Drall, der im Bereich niedrigerer Drehzahlen angestrebt wird. Dagegen soll im Bereich hoher Drehzahlen der Drall etwas geringer sein. Die Leitschaufel 6 ist an ihrem ventilseitigen Leitschaufelende 10 verformbar, womit der Dralleffekt auf ein bestimmtes Maß eingestellt werden kann, so daß Drallunterschiede in den einzelnen Einlaßdrallkanäien 2, die sich durch Fertigungstoleranzen oder die Lage und Form des gegossenen Einlaßdrallkanals 2 ergeben, ausgeglichen werden können. Der durch die Leitschaufel 6 geteilte Einlaßdrallkanal 2 in einen Teil mit hoher und einen Teil mit niedriger Drallwirkung setzt sich im ebenfalls geteilten Lufteinlaßsammelkanal 1 fort Die Teilung des kreisrunden Lufteinlaßsammelkanals 1 in zwei unabhängige Lufteinlaßsammelkanalteüe 11 und 12 wurde in der Abbildung so gewählt, daß der ebenfalls kreisrunde Lufteinlaßsammelkanalteil 11 von dem Lufteinlaßsammelkanalteil 12 umgeben istThe figure shows an air inlet manifold 1 with inlet swirl channels 2, of which only two are shown, is connected by a flange connection 3 and on its air inlet side 4 a Air filter 5 is attached. The inlet swirl channels 2 arranged in the cylinder head (not shown in detail) are each divided into two swirl channel parts by a guide vane 6 arranged parallel to the swirl axis 7 8,9, of which the swirl channel part 8 has a greater eccentricity to the swirl axis 7 than the swirl channel part 9. The Swirl axis 7 coincides in the figure with the axis of a valve not shown in detail. The bigger one Eccentricity of the swirl channel part 8 in relation to the swirl axis 7 causes a stronger swirl, which in the area is lower Speeds is sought. On the other hand, the twist should be somewhat lower in the range of high speeds. The guide vane 6 is deformable at its valve-side guide vane end 10, whereby the swirl effect on a A certain amount can be set so that swirl differences in the individual Einlaßdrallkanäien 2, the result from manufacturing tolerances or the position and shape of the cast inlet swirl channel 2, compensated can be. The inlet swirl channel 2 divided by the guide vane 6 into a part with a high and a part with a low swirl effect continues in the air inlet manifold 1, which is also divided Division of the circular air inlet manifold 1 into two independent Lufteinlaßsammelkanalteüe 11 and 12 was chosen in the figure so that the also circular air inlet manifold part 11 of the Air inlet manifold part 12 is surrounded

Die Lufteinlaßsammelkanalteüe 11 und 12 stehen über die Flanschverbindung 3 mit den Drallkanalteilen 8 und 9 in Verbindung. Die beiden von der Lufteintrittsseite 4 ausgehenden Lufteinlaßsammelkanalteile 11 und 12 sind an ihrem Ausgangspunkt durch eine federbelastete Drosselklappe 13 und eine elastische Manschette 14 in ihrem Durchflußquerschnitt veränderlich. Der von der Drosselklappe 13 gesteuerte Lufteinlaßsammelkanalteil 11, der mit dem Drallkanalteü 8 verbunden ist, erzeugt durch di° starke exzentrische Lage des Drallkanalteils 8 zur Didiiachcc 7 eine starke DraHwirkung, wodurch auch bei weniger hohen Drehzahlen der Maschine eine gute Verbrennung und Leistung erzielt wird. Mit steigender Drehzahl und größerem Luftbedarf oder steigendem Druck bei aufgeladener Maschine wird zusätzlich über den von der Manschette 14 oder einem sich druckabhängig öffnenden Ringventil gesteuerten Lufteinlaßsammelkanalteil 12 dem Drallkanalteil 9 Luft mit geringerer DraHwirkung zugeführt. Hierdurch erhöht sich zwar die Luftmenge, die Gesamtdrallwirkung wird jedoch durch die Vereinigung der beiden unterschiedlichen Teilströme in günstiger Weise etwas vermindert. Da sich für das Anlassen und besonders für das Kaltanlassen ohne oder mit geringer DraHwirkung günstigere Bedingungen ergeben, wird für diesen Betriebszustand die Drosselklappe 13 geschlossen gehalten, so daß die Luft nur über die elastische Manschette 14 und den Drallkanalteii 9 mit geringerer DraHwirkung einströmen kann.The Lufteinlaßsammelkanalteüe 11 and 12 are via the flange connection 3 with the swirl channel parts 8 and 9 in conjunction. The two air inlet manifold parts 11 and 11 extending from the air inlet side 4 12 are at their starting point by a spring-loaded throttle valve 13 and an elastic sleeve 14 variable in their flow cross-section. The air intake manifold part controlled by the throttle valve 13 11, which is connected to the swirl channel 8, generated by the strong eccentric position of the swirl channel part 8 to the Didiiachcc 7 a strong wire effect, thereby achieving good combustion and performance even at lower engine speeds will. With increasing speed and greater air requirement or increasing pressure with a charged machine is additionally controlled by the cuff 14 or a pressure-dependent opening ring valve Air inlet manifold part 12 is supplied to the swirl channel part 9 with air with less wire action. This increases the amount of air, but the overall swirl effect is reduced by the union the two different substreams reduced somewhat in a favorable manner. As for starting and especially for cold tempering with little or no wire effect more favorable conditions will result for this operating state, the throttle valve 13 is kept closed, so that the air only has the elastic Cuff 14 and the swirl channel 9 can flow in with less wire action.

Die Funktion der in der Abbildung dargestellten federbelasteten Drosselklappe 13 kann in gleicher Weise auch von einer an der Wand des Lufteinlaßsammelkanalteils 11 befestigten, federnden Leitschaufel erfüllt werden. Bei einer Maschine mit Aufladung, jedoch ohne Ladeluftkühler, kann die Funktion der Feder zur Betätigung der Drosselklappe 13 von einer Bimetallfeder übernommen werden, die in Abhängigkeit von der Ladelufttemperatur den Durchflußquerschnitt des Lufteinlaßsammelkanalieils verändert. In gleicher Weise kann auch an Stelle der Manschette 14 ein Ringventil, das von einer Bimetallfeder betätigt wird, verwendet werden.The function of the spring-loaded throttle valve 13 shown in the figure can be carried out in the same way also fulfilled by a resilient guide vane attached to the wall of the air inlet manifold part 11 will. In the case of a machine with a supercharger, but without an intercooler, the function of the spring can be used for Actuation of the throttle valve 13 can be taken over by a bimetal spring, which depends on the Charge air temperature the flow area of the air inlet manifold changes. In the same way, instead of the cuff 14, a ring valve, operated by a bimetal spring can be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Mehrzylindrige Einspritzbrennkraftmaschine mit Einlaßdrallkanälen, die durch eine Leitschaufel in zwei Drallkanalteile mit unterschiedlichem Drall geteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkanalteile (8, 9) mit gleichem Drall jeweils an einen Lufteinlaßsammelkanalteil (11, 12) angeschlossen sind, dessen Durchflußquerschnitt veränderlich ist1. Multi-cylinder injection internal combustion engine with intake swirl channels through a guide vane are divided into two swirl channel parts with different swirl, characterized in that the swirl duct parts (8, 9) each connected to an air inlet manifold part (11, 12) with the same swirl are whose flow cross-section is variable 2. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Durchflußquerschnitts eines oder beider Lufteinlaßsammelkanalteile (11,12) in Abhängigkeit vom Luftansaugdruck und/oder von der Ladelufttemperatur gesteuert wird.2. Injection internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the change in the Flow cross-section of one or both air inlet manifold parts (11,12) as a function of the air intake pressure and / or is controlled by the charge air temperature. 3. Einspritzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der eine Lufteinlaßsammelkanalteil (11) in an sich bekannter Weise von dem anderen (12) umgeben ist oder beide Lufteinlaßsammelkanalteile(ll, 12) in an sich bekannter Weise eine gemeinsame Trennwand haben.3. Injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the one air inlet manifold part (11) is surrounded in a manner known per se by the other (12) or both Air inlet manifold parts (11, 12) have a common partition wall in a manner known per se. 4. Einspntzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteils eine federnde Leitschaufel dient.4. Einspntzbrennkraftmaschine according to claim 1 to 3, characterized in that the change A resilient guide vane is used for the flow cross-section of the air inlet manifold part. 5. Einspntzbrennkraftmaschine mit Aufladung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Durchflußquerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteils (11) eine durch ein Bimetallelement betätigte Drosselklappe (13) dient.5. Einspntzbrennkraftmaschine with supercharging according to claim 1 to 4, characterized in that for changing the flow cross section of the air inlet manifold part (11) by means of a bimetal element operated throttle valve (13) is used. 6. Einspntzbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Durchflußqjerschnitts des Lufteinlaßsammelkanalteils (12) eine elastische Manschette (14) dient.6. Einspntzbrennkraftmaschine according to claim 1 to 5, characterized in that the change of the flow cross section of the air inlet manifold part (12) an elastic sleeve (14) serves.
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