DE2738843A1 - IC engine with turbulence inducer - having transverse baffle plate with dividing edge around opening in each cylinder intake - Google Patents

Abstract

The internal-combustion engine has a turbulencce-inducing device in the intake to each cylinder. The device comprises a baffle plate (3) with one or more dividing edges and one or more openings (3') in it. The plate can be movable, allowing sliding to and fro to vary the opening cross-section, and it can be accommodated in a detachable intermediate pieces between cylinder head and inlet manifold. An actuating mechanism can be provided for all the engine baffle plates, so that they are operated together and pref. dependent on one or more engine operating parameters.

Description

"Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor, mit im An- "Internal combustion engine, especially gasoline engine, with related

saugtrakt je Zylinder angeordnetem Turbulenzerzeuger" Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor, mit im Ansaugtrakt je Zylinder angeordnetem Turbulenzerzeuger. suction tract per cylinder arranged turbulence generator "The invention relates to an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, with in the intake tract turbulence generator arranged per cylinder.

Dem heute weit verbreiteten Ottomotor haftet der Nachteil an, daß er -gegenüber dem Dieselmotor - mit relativ kraftstoffreichem Gemisch betrieben werden muß, was sich vor allem auf Kraftstoffverbrauch und Abgasemission negativ auswirkt. Als eine Löglichkeit, sowohl Verbrauch als auch Emission zu verringern, wird der sogenannte "Magerbetrieb" eines Ottomotors angesenen, wobei das Luft-Kraftstoffgemisch" so weit abgemagert wird, als es die damit Hand in hand gehende Verschlechterung der Laufruhe oder der Pahrbarkeit des mit einem solchen Motor ausgestatteten fahrzeuges noch zuläßt. Im allgemeinen erreicht der Magerbetrieb bei Motoren ohne besondere Maßnahmen bei Luftzahlen um # = 1,2 .' 1,3 seine Grenze, wobei infolge schöechter Zündungs- und Verbrennungsbedingungen sowohl der spezifische Kraftstoffverbrauch als auch die Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe infolge von Zündaussetzern unzulässig stark nnstcigen.The Otto engine, which is widespread today, has the disadvantage that he - compared to the diesel engine - operated with a relatively fuel-rich mixture must be, which mainly has a negative impact on fuel consumption and exhaust emissions affects. As a way of reducing both consumption and emissions, the so-called "lean operation" of a gasoline engine is scented, whereby the air-fuel mixture " is emaciated as much as the deterioration that goes hand in hand with it the smoothness or the ability to drive a vehicle equipped with such an engine still allows. In general, the lean operation achieved in engines without special Measures for air numbers around # = 1.2. ' 1.3 its limit, being schöechter as a result Ignition and combustion conditions as well as the specific fuel consumption as well as the emission of unburned hydrocarbons as a result of misfiring inadmissibly badly harmful.

Als Abhilfemaßnahmen werden vielfach Turbulenzer?.euger eingesetzt, deren Aufgabe es ist, eine gute Gemischaufbereitung sowie eine raschere Flammengeschwindigkeit zu ermöglichen, um so den Verbrennungsablauf zu begünstigen. Dabei werden unter anderem Dralleinsätze in den Saugkanälen oder Schirmventile vorgesehen, die der einströmenden Luft oder dem Gemisch einen gevünsehten Strömungszustand erteilen. Als Nachteil dieser Turbulenzerzeuger erweist sich unter anderem die Tatsache, daß der der Frischladung erteilte Drall zum Teil im Brennraum wieder zerstört wird und daß bei manchen Betriebszuständen der erzeugte Drall wirkungslos sein knnn oder gar einen negativen Effekt hervorrufen kann. Die angestrebten Ziele sind daher teilweise drehzahl- und lastabhängig, wodurch der Einsatz solcher turbulenzfördernder Mittel in modernen Fahrzeugsmotoren mit ihren großen Drehzahlbereichen in Frage gestellt ist.Turbulizers are often used as remedial measures, whose task it is to ensure a good mixture preparation and a faster flame speed to facilitate the combustion process. Thereby are under other swirl inserts in the suction channels or umbrella valves provided that the Give the incoming air or the mixture an appropriate flow condition. A disadvantage of this turbulence generator proves, among other things, that the swirl imparted to the fresh charge is partly destroyed again in the combustion chamber and that in some operating conditions the swirl generated may be ineffective or can even have a negative effect. The intended goals are therefore partial speed and load dependent, which makes the use of such turbulence-promoting agents questioned in modern vehicle engines with their large speed ranges is.

In einer der bekannten Ausführungen wird der Prischladung kein Drall erteilt, sondern durch Anordnung einer Laval-Düse und einer in ihrer Achse angebrachten, axial verschieblichen Düsennadel im Bereich der Einlaßöffnung am Zylinderkopf - durch Ausnutzung der mit dieser Anordnung erzielten Druckspninge - eine sogenannte Mikroturbulenz erzeugt, die gute Ergebnisse bringen kann. Es soll damit ein aussetzerfreier Betrieb des Motors bis zu einer Luftzahl von # = 1,35 möglich sein.In one of the known designs, the prischarge does not have a twist issued, but by arranging a Laval nozzle and one attached to its axis, axially displaceable nozzle needle in the area of the inlet opening on the cylinder head - by taking advantage of the compression clamps achieved with this arrangement - a so-called Creates microturbulence that can produce good results. It should be free from dropouts The engine can be operated up to an air ratio of # = 1.35.

Diese bekannte Ausführung ist jedoch mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, daß infolge der Einschnürung im Einlaßkanal sowie der dort angeordneten Düsennadel vor allem bei höheren Leistungen starke Drosselverluste auftreten, die den erzielten Gewinn im Verbrauch wieder teilweise zunichte machen. Ähnliches gilt auch für lie zuerst erwähnten Dralleinsätze und Schirmventile, die ebenfalls erhebliche Strönungsverluste verursachen. Bei der Ausführung mit Lavildüse konmt als weiterer Nachteil hinzu, daß nur unter Einhaltung bestimmter Bedingungen bezüglich Strömungsgeschwindigkeit und Druck der gewünschte Drucksprung mit seiner turbulenzbi)denden Wirkung zustandekommt. Daher ist ein großes Maß an regelungstechnischem Aufwand erforderlich, um mit diesem System im gesatten Betriebsbereich eines modernen Fahrzeugmotors den gevünschten Effekt sicherzustellen. Kommt der Drucksprung nicht zustande, so tritt wegen der strömungsmäßig günstigen Ausbildung von Lavaldüse und lüsennadel eine Glättung der Strömung mit verringerter Turbulenz ein, was sich unmittelbar in einer Verschlechterung der Verbrauchs- und Emissionswerte sowie der "Laufruhe" des Motors niederschlägt.However, this known design has the major disadvantage afflicted that as a result of the constriction in the inlet channel and arranged there Nozzle needle, especially at higher powers, strong throttling losses occur partially nullify the profit achieved in consumption. The same applies also for the swirl inserts and umbrella valves mentioned first, which are also considerable Cause loss of clarity. In the version with a Lavil nozzle, there is another option The disadvantage is that only if certain conditions are met with regard to flow velocity and pressure the desired pressure jump with its turbulence-generating effect comes about. Therefore, a large amount of control engineering effort is required to deal with this System in the full operating range of a modern vehicle engine Ensure effect. If the pressure jump does not occur, then occurs because of the flow-wise favorable formation of Laval nozzle and needle a smoothing of the Flow with reduced turbulence, resulting in an immediate deterioration the consumption and emission values as well as the "smoothness" of the engine is reflected.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeldung der beschriebenen Nachteile bekannter Lösungen, die Verbrennung magerer Cemische in Ottomotoren zu ermöglichen.The present invention is therefore based on the object Avoidance of the described disadvantages of known solutions, the combustion leaner To enable chemicals in gasoline engines.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Turbulenzerzeuger aus einer quer zur Strömungsrichtung angeordneten, mindestens eine Abrißkante aufweisenden und mindestens eine Öffnung freilassende Blende besteht. Durch die Anordnung einer Abrißkante wird eine sehr turbulente, keine definierte Richtung aufweisende Strömung hervorgerufen, die bis in den Brennraum hinein erhalten bleibt und so zu guter Gemischaufbereitung, günstigen Zündungsbedingungen und rascher Flammausbreitung führt. Neben dem Vorteil der Turbulenzerzeugung trägt die erfindungsgemäße Anordnung von Blenden gleichen Querschnittes an jedem Zylinder dazu bei, jedem Zylinder die gleiche Menge an Frischladung, also gleichen Lieferrad, zu erteilen, was sich sehr vorteilhaft auf Leistung, Verbrauch, Laufruhe und Abgasemission auswirkt.This is achieved according to the invention in that the turbulence generator from a transverse to the flow direction having at least one tear-off edge and there is at least one aperture leaving an opening. By arranging a The tear-off edge becomes a very turbulent flow with no defined direction caused, which is retained into the combustion chamber and thus to good mixture preparation, favorable ignition conditions and rapid flame propagation. Besides the advantage the arrangement of diaphragms according to the invention contributes to the generation of turbulence Cross-section on each cylinder contributes to each cylinder the same amount of fresh charge, the same delivery bike, which is very beneficial to performance, consumption, Running smoothness and exhaust emissions.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, enn der Turbulenzerzeuger nahe am Einlaßventil angeordnet wird, da dann auf dem nur sehr kurzen Weg in den Brennraum wenig Turbulenz verloren geht.It proves to be particularly advantageous if the turbulence generator is arranged close to the inlet valve, because then on the very short way into the Combustion chamber little turbulence is lost.

Der turbulenzbildende Effekt ist umso ausgeprägter, je ehr der Ansnugquerschnitt eingeengt wird, daher wird vorteilhafterweise nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine solche Anordnung getroffen, daß die Blende beweglich ist und - beispielweise als vlachschieber ausgebildet -eine variable Querschnittsveränderung ermöglicht.The turbulence-forming effect is more pronounced, the more the suction cross-section is narrowed, therefore advantageously according to a further feature of the invention made such an arrangement that the diaphragm is movable and - for example designed as a flat slide - a variable cross-section change possible.

Damit ergibt sich als sehr wesentlicher Vorteil gegenüber allen bekannten Lösungen die Möglichkeit, für jeden Betriebszustand des Motors optimale Bedingungen für die Turbulenzerzeugung und als folge günstige Verbrauchs-und Srrissionswerte bei guter Laufruhe zu erreichen. Durch Anpassung der Querschnittsveränderung an den jeweiligen Betriebszustand des rotors können die Strömungsverluste klein gehalten bzw. kann durch vollständige Freigabe des Querschnittes die volle Leistung des Motors erreicht werden.This results in a very significant advantage over all known ones Solutions the possibility of optimal conditions for every operating state of the engine for the generation of turbulence and, as a result, favorable consumption and emission values to be achieved with good running smoothness. By adapting the change in cross-section to The flow losses can be kept small depending on the operating state of the rotor or the full power of the motor can be achieved by fully releasing the cross-section can be achieved.

Da bei entsprechender Ausbildung der beweglichen Blende, vorzugsweise als Flachschieber, auch der Querschnitt des Ansaugtraktes ganz abgedeckt werden kann, ergeben sich auch Vorteile beim Abstellen des Motors, da damit ein sogenanntes Nachdieseln verhindert wird. bei Vergasermotoren konnte dann z.B. das Leerlaufabschaltventil entfallen, womit nicht nur eine Kostenersparnis, sondern auch die 3eseitigung einer Fehlerquelle erreicht wird.Since with an appropriate design of the movable diaphragm, preferably as a flat slide, the cross-section of the intake tract can also be completely covered can, there are also advantages when switching off the engine, because in order to a so-called re-diesel is prevented. in the case of carburetor engines, e.g. the idle shut-off valve is omitted, which not only saves costs, but the elimination of a source of error is also achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen Zylinderkopf und Saugrohr ein die Blende enthaltendes Zwischenstück lösbar angeordnet sein. Dabei erweist es sich von besonderem Vorteil, daß bestehende Zylinderköpfe und Saugrohre ohne Veränderungen verwendet werden können bei gleichzeitig einfacher und kostengünstiger Montagemöglichkeit sowie guter Zugänglichkeit zum Turbulenzerzeuger. In a further embodiment of the invention, between the cylinder head and suction tube, an intermediate piece containing the screen can be detachably arranged. Included it proves to be of particular advantage that existing cylinder heads and intake manifolds Can be used without changes while being simpler and cheaper Mounting option and good accessibility to the turbulence generator.

In Vervollkommung der Erfindung ist vorgesehen, daß alle am Rotor vorgesehenen Blenden 3etätigungseinrichtungen aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen und daß die Betätigung der Blenden über diese Verbindung gemeinsam und vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Motorbetriebsgröße erfolgt. Hiermit kann in einfacher eise eine automatische und betriebssichere und für alle Zylinder gleiche Verstellung der Blenden erreicht werden, sodaß gewährleistet ist, daß in allen Zylindern gleich gute Bedingungen für Verbrennungseinleitung und -ablauf hergestellt werden. In completing the invention it is provided that all on the rotor provided diaphragms 3actuating devices that are in connection with each other stand and that the actuation of the diaphragms via this connection jointly and preferably takes place as a function of an engine operating variable. This can be done in a simpler way Otherwise an automatic and reliable adjustment that is the same for all cylinders the aperture can be achieved, so that it is guaranteed that the same in all cylinders good conditions are created for the initiation and discharge of combustion.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näner erläutert, Es zeigen Fig. 1 einen Länbsschnitt durch einen Einlaßkanal mit fester Blende, Fig. 2 einen mit variabler Blende (Scnieber), Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Teilschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2. Die Fig. 5-12 zeigen Ausführungsformen von festen Blenden, die Fig. 13 und 14 weitere Formen von variablen Blenden gemäß Fig. 2. The invention is explained using an exemplary embodiment, 1 shows a longitudinal section through an inlet channel with a fixed diaphragm, FIG. 2 shows a variable diaphragm, FIG. 3 shows a section along the line III-III in Fig. 2, Fig. 4 a partial section along the line IV-IV in Fig. 2. Figs. 5-12 show embodiments of fixed diaphragms, FIGS. 13 and 14 show further forms of variable diaphragms according to FIG. 2.

Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Ansaugtraktes gemaß der Erfindung. Zwischen Zylinderkopf 1 und dem Saugrohr 2 eines nicht näher dargestellten Vergasermotors ist als Turbulenzerzeuger eine Lochblende 3 mit einer Öffnung 3' angeordnet. Sie wird zusammen mit dem Saugrohr 2 mittels Stehbolzen 4 und Muttern 5 am Zylinderkopf 1 befestigt. Die Blende kann bei entsprechender Ausbildung als Dichtung dienen. Weiteres zeigt Fig. 1 ein Einlaßventil 6, mit Ventilführung 7 und Ventilsitzring 8. Mit 9 ist der Vergaseranschlußflansch bezeichnet.Fig. 1 shows a simple embodiment of an intake tract according to the invention. Between the cylinder head 1 and the intake manifold 2 is a not shown The carburetor engine is a perforated diaphragm 3 with an opening 3 'as a turbulence generator arranged. It is secured together with the suction pipe 2 by means of stud bolts 4 and nuts 5 attached to the cylinder head 1. The aperture can be used as a Serve seal. Further, Fig. 1 shows an inlet valve 6, with valve guide 7 and Valve seat ring 8. The carburetor connection flange is designated by 9.

Die Fig. 5-12 zeigen einige mögliche Ausführungsformen der Blende 3, wobei besonders die Anordnungen gemäß Fig. 10, 11, 12 hervorgehoben werden sollen.Figs. 5-12 show some possible embodiments of the diaphragm 3, the arrangements according to FIGS. 10, 11, 12 in particular being emphasized.

Die in Fig. 10 dargestellte Blende weist sehr viele Öffnungen auf, so daß ein Netz entsteht. Fig. 11 zeigt den Längsschnitt einer besonders bei Zylinderköpfen mit tiefen Ventilkammern 10-vorteilhafte, topfförmige Ausbildung der Blende 3. Eine Weiterbildung - um noch näher an den Brennraum 11 heranzukommen - zeigt Fig. 12, wo eine ringförmige Blende 12 zusammen mit dem Ventilsitzring 8 angeordnet ist. Außer den angeführten sind selbstverständlich weitere Blendenformen denkbar.The diaphragm shown in Fig. 10 has a large number of openings, so that a network is created. Fig. 11 shows the longitudinal section of a particularly in the case of cylinder heads with deep valve chambers 10-advantageous, cup-shaped design of the diaphragm 3. One Further development - in order to get even closer to the combustion chamber 11 - is shown in FIG. 12, where an annular diaphragm 12 is arranged together with the valve seat ring 8. In addition to those mentioned, other diaphragm shapes are of course conceivable.

Fig. 2 zeigt eine Form einer beweglichen Blende, so daß unterschiedliche Querschnittsveränderungen im Betrieb des Motors erzielt werden können.Fig. 2 shows one form of a movable diaphragm, so that different Cross-sectional changes can be achieved in the operation of the engine.

Dazu ist ein Zwischenrohr 17 vorgesehen, das mit den Flanschen 13 und 14 mit dem Zylinderkopf 1 und dem Saugrohr verbunden ist und ein Blendengehäuse 16 aufweist, das, wie Fig. 4 zeigt, in Führungsnuten 19 eine blattförmige als Flachschieber ausgebildete Blende aufnimmt.For this purpose, an intermediate pipe 17 is provided which is connected to the flanges 13 and 14 is connected to the cylinder head 1 and the intake manifold and a diaphragm case 16, which, as FIG. 4 shows, in guide grooves 19 is in the form of a sheet as a flat slide trained aperture receives.

An der Blende 15 ist eine Betätigungsstange 18 lösbar befestigt, über die die Blende 15 mehr oder weniger weit in den freien Querschnitt des Zwischenrohrer getaucht werden kann. Die Befestigung der Betatigungsstange 18 läßt auch kleine Bewegungen der Blende 15 zum Ausgleich von Montageungenauigkeiten und Fertigungstoleranzen zu. Die Blende ist durch eine Feder 20 belastet, die sich gegen das Gehause 16 abstützt. Die dicht im Blendengehäuse 16 geführte Betätigungsstange 18 weist am freien, aus dem Blendengenåe herausragenden Ende ein Gewinde 21 auf, auf das Muttern 22 aufschraubbar sind.An actuating rod 18 is releasably attached to the panel 15, over which the diaphragm 15 more or less far into the free cross section of the intermediate pipe can be immersed. The attachment of the actuating rod 18 can also be small Movements of the diaphragm 15 to compensate for assembly inaccuracies and manufacturing tolerances to. The diaphragm is loaded by a spring 20 which is supported against the housing 16. The actuating rod 18, which is guided tightly in the diaphragm housing 16, has on the free one The end protruding from the aperture has a thread 21 onto which nuts 22 can be screwed are.

Durch Verdrehen der Muttern, die sich gegen die Kraft der Feder 20 am Gehäuse abstützen, kann jede beliebige Stellung der Blende 15 zwischen voll geöffnet und voll geschlossen, wie in Fig. 2 dargestellt, eingestellt werden. Die Betätigungsstangen aller am Motor angeordneten Blenden können bei angepaßtem Verstellmechanismus zur Verschiebung der Blende 15 auch miteinander gekoppelt sein, wobei auch die Verstellwege der einzelnen Blenden bei einem gemeinsamen Betätigungshub unterschiedlich sein können. Auch eine hydraulische oder druckabhängige Betätigung ist möglich. Fig. 3 läßt die Form der Blende 15 - in diesem Beispiel rechteckig - gut erkennen. Die Fig. 13, 14 zeigen beispielhaft weitere Formen.By twisting the nuts against the force of the spring 20 Support on the housing, any position of the aperture 15 between fully open and fully closed, as shown in Fig. 2, can be set. The operating rods all panels arranged on the motor can be used with an adapted adjustment mechanism Displacement of the diaphragm 15 can also be coupled to one another, with the adjustment paths as well of the individual diaphragms can be different for a common actuation stroke can. Hydraulic or pressure-dependent actuation is also possible. Fig. 3 clearly shows the shape of the diaphragm 15 - rectangular in this example. the 13, 14 show examples of further shapes.

Es braucht nicht besonders hervorgehoben zu werden, daß selbstverständlich das Blendengehäuse auch im Zylinderkopf integriert sein kann, wobei auch das Zwischenstück 17 entfällt.Needless to say, it goes without saying that the diaphragm housing can also be integrated in the cylinder head, with the intermediate piece as well 17 is not applicable.

Claims (4)

Patentansprüche 1 1. Brennkraftmaschine, insbesondere Ottomotor, mit im Ansaugtrakt je Zylinder angeordnetem Turbulenzerzeuger, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß der Turbulenzerzeuger (2') aus einer quer zur Strömungsrichtung angeordneten, mindestens eine Abrißkante aufweisenden und mindestens eine Öffnung (3') freilassendgBlende (3) besteht.Claims 1 1. Internal combustion engine, in particular Otto engine, with Turbulence generator arranged in the intake tract for each cylinder, d a d u r c h g ek e nn z e i c h n e t that the turbulence generator (2 ') from a transverse to the flow direction arranged, having at least one tear-off edge and at least one opening (3 ') leaving the aperture (3). 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Blende (3) beweglich ist und - beispielsweise als Flachschieber (15) ausgebildet - eine variable Querschnittsveränderung ermöglicht. 2. Internal combustion engine according to claim 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t that the diaphragm (3) is movable and - for example, as a flat slide (15) - allows a variable change in cross-section. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß zwischen Zylinderkopf (1) und Saugrohr (2) ein die Blende (15) enthaltendes Zwischenstück (17) lösbar angeordnet ist. 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, d a d u r c h g ek It is noted that there is an aperture between the cylinder head (1) and the intake manifold (2) (15) containing intermediate piece (17) is detachably arranged. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n nzeichnet, daß alle am Motor vorgesehenen Blenden (3 oder 15) Betätigungseinrichtungen (21) aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen und daß die Betätigung der Blenden (3 oder 15) über diese Verbindung gemeinsam, und vorzugsweise in Abhängigkeit von wenigstens einer Motor betriebsgröße, erfolgt. 4. Internal combustion engine according to claim 2 or 3, d a d u r c h g e k It indicates that all of the orifices (3 or 15) provided on the engine are actuating devices (21) which are in communication with each other and that the actuation of the Orifices (3 or 15) jointly via this connection, and preferably as a function of at least one engine operating variable takes place.