DE3711522A1

DE3711522A1 - Cylinder head for reciprocating piston engine - each cylinder head has a separate sealable charging system

Info

Publication number: DE3711522A1
Application number: DE19873711522
Authority: DE
Inventors: Werner Tanz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1988-10-20

Abstract

The cylinder head (3) has a separate charge system for each cylinder. This is separated from the charge system (4), which fills the cylinder with combustible mixture and consists of a large dia annular valve (6). During the induction stroke of the engine, air is fed into the cylinder space through the separate system. The inlet channel (7) of this system, leading into the combustion chamber encloses the inlet (4) and exhaust (9) valves of the cylinder in a ring-shape. The channel can be sealed against the combustion chamber pressure by closing the movable controlled valve element (6). USE/ADVANTAGE - IC engine with stratified charge, heat loss through combustion chamber wall is reduced.

Description

Gattunggenus

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Kolbenbrennkraftmaschinen, der für jeden Zylinder mit zwei, voneinander unabhängigen, Einfüll systemen, eines für brennbares Gemisch, das andere für Luft, ausgestattet ist.The invention relates to a cylinder head for Piston engine, the one for each cylinder with two independent fillers systems, one for flammable mixture, the other for air.

Stand der TechnikState of the art

Bei den heute üblichen Kolbenbrennkraftmaschinen wird im Brennraum eines Zylinders ein brennbares Gemisch entzündet. Die bei der Verbrennung des Ge misches freiwerdende Wärmeenergie führt zu einer Druckerhöhung im Zylinder, welche über den Kolben in kinetische Energie umgesetzt wird. Die Wärme energie ist an die, bei der Verbrennung des Ge misches entstehenden, Verbrennungsgase gebunden.In today's piston internal combustion engines becomes flammable in the combustion chamber of a cylinder Mixture ignited. The combustion of the Ge mixed heat energy leads to a Pressure increase in the cylinder, which is via the piston is converted into kinetic energy. The warmth energy is at the, when burning the Ge mixed emerging, combustion gases bound.

Kritik am Stand der TechnikCriticism of the state of the art

Bei den heute üblichen Kolbenbrennkraftmaschinen werden die Brennraumwände von den heißen Verbren nungsgasen unmittelbar kontaktiert, sodaß infolge des geringen Wärmeleitwiderstandes ein relativ hoher Wärmeverlust über die Brennraumwände auftritt. Dieser Wärmeverlust führt zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades. Weiterhin werden die Brennraumwände durch die heißen Verbrennungsgase einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt.In today's piston internal combustion engines the combustion chamber walls from the hot burns Gases contacted directly, so that as a result the low thermal conductivity a relative high heat loss occurs over the combustion chamber walls. This heat loss leads to deterioration the engine efficiency. Furthermore, the Combustion chamber walls due to the hot combustion gases exposed to high thermal stress.

Aufgabetask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei Kolbenbrennkraftmaschinen auftretenden Wärme verlust über die Wandung des Brennraumes zu reduzieren.The invention is based, the heat occurring in piston internal combustion engines loss over the wall of the combustion chamber to reduce.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der Zylinderkopf einer Kolbenbrennkraft maschine für jeden Zylinder zusätzlich zu dem Einfüllsystem, durch welches das brennbare Gemisch dem Zylinder zugeführt wird, mit einem separaten, gegen den Zylinder verschließbaren, Einfüllsystem ausgeführt wird, durch welches während des Ansaug vorganges Luft in den Zylinder eingeleitet wird. Infolge der geometrischen Anordnung des Einlaßkanals dieses luftführenden Einfüllsystems in den Brenn raum, der, am Außenrand des in den Zylinderkopf eingelassenen Brennraumteiles liegende,Einlaßkanal umschließt Ein- und Auslaßventile dieses Zylinders ringförmig, bildet sich während des Ansaugvorgangs zwischen den Brennraumwänden und dem, durch das/die Einlaßventil/e einströmende, brennbare Gemisch eine trennende Luftschicht. Das Verschließen dieses Einlaßkanals geschieht durch ein ringförmiges, der Geometrie des Kanals angepaßtem, Schließelement, welches über die Nockenwelle gesteuert wird, und nach Beendigung des Ansaugvorganges den Brennraum des Zylinders gegen das luftführende Einfüllsystem abschließt.According to the invention, this object is achieved by that the cylinder head has a piston internal force machine for each cylinder in addition to that Filling system through which the combustible mixture is fed to the cylinder with a separate, filling system that can be closed against the cylinder is carried out by which during the suction process air is introduced into the cylinder. Due to the geometrical arrangement of the inlet duct this air-guiding filling system in the furnace space, the, on the outside of the cylinder head recessed part of the combustion chamber, inlet duct encloses intake and exhaust valves of this cylinder ring-shaped, forms during the suction process between the combustion chamber walls and the one through which Inlet valve / s inflowing, flammable mixture a separating layer of air. Closing this Inlet channel happens through an annular, the Geometry of the channel adapted, closing element, which is controlled via the camshaft, and the combustion chamber after completion of the suction process of the cylinder against the air-carrying filling system completes.

Über die Öffnungszeit dieses Schließelements, die durch die Nockenwelle gesteuert wird, ist die Ausbildung der trennenden Luftschicht innerhalb des Brennraumes zu beeinflussen, bzw zu variieren. Diese trennende Luftschicht bleibt im Prinzip während des Verdichtungsvorganges erhalten, und hält nach Zündung des Gemisches die heißen Ver brennungsgase vom unmittelbaren Kontakt mit den Brennraumwänden ab. Dadurch wird der Wärmeleit widerstand beim Wärmeübergang von den heißen Ver brennungsgasen auf die Brennraumwände vergrößert, was eine Reduzierung dieses Wärmeüberganges zur Folge hat. Mit der Verringerung der Wärmeverluste der Verbrennungsgase steigt der Wirkungsgrad des Motors. Weiterhin wird die thermische Beanspruchung der Brennraumwände vermindert, da weniger Wärme energie auf diese übergeht.About the opening time of this closing element, the controlled by the camshaft is the Formation of the separating air layer within to influence or vary the combustion chamber. In principle, this separating layer of air remains received during the compression process, and holds the hot ver after ignition of the mixture combustion gases from direct contact with the Combustion chamber walls. Thereby the heat conduction resisted heat transfer from the hot ver combustion gases enlarged on the combustion chamber walls, which is a reduction in this heat transfer Consequence. With the reduction of heat loss the combustion gases increases the efficiency of the Motors. Furthermore, the thermal stress of the combustion chamber walls is reduced because less heat energy passes to this.

Beschreibung eines AusführungsbeispielesDescription of an embodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nach folgenden Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:An embodiment of the invention is in the following drawings and is shown below described in more detail:

Bild 1 zeigt prinzipiell den Aufbau eines Zylinders mit den wichtigsten Bauteilen Zylinderkopf (3), den darin ent haltenen Ein- und Auslaßventilen (4) und (5), so wie den Einlaßkanal (7) und das Schließelement (6) im Querschnitt. Der Einlaßkanal (7) für die Zuleitung der Luft liegt ringförmig um Ein- (4) und Auslaß ventil (5); durch das Einlaßventil (4) strömt das brennbare Gemisch in den Zylinder. Der Brennraum (15) ist durch das bewegliche Schließelement (6) gegen den Einlaßkanal (7) abzuschließen. Sowohl die Ventile 4 und 5 als auch das Schließelement 6 werden über die Nockenwelle des Motors gesteuert. Die Kraft zum Schließen dieser Bauteile 4, 5 und 6 wird durch, hier nicht dargestellte, Federn erzeugt, wie es für die Ventile eines Verbrennungsmotors Stand der Technik ist. Die Lagerung und Steuerung des Schließelementes (6) gleicht im Prinzip dem bei Ein- und Auslaßventilen gebräuchlichem Aufbau. Figure 1 shows in principle the structure of a cylinder with the most important components cylinder head ( 3 ), the intake and exhaust valves ( 4 ) and ( 5 ) contained therein, as well as the inlet channel ( 7 ) and the closing element ( 6 ) in cross section. The inlet channel ( 7 ) for the supply of air is ring-shaped around the inlet ( 4 ) and outlet valve ( 5 ); the combustible mixture flows into the cylinder through the inlet valve ( 4 ). The combustion chamber (15) is complete by the movable closure member (6) against the inlet channel (7). Both the valves 4 and 5 and the closing element 6 are controlled via the camshaft of the engine. The force for closing these components 4 , 5 and 6 is generated by springs, not shown here, as is the prior art for the valves of an internal combustion engine. The storage and control of the closing element ( 6 ) is in principle the same as that used for inlet and outlet valves.

Bild 2 zeigt ausschnittsweise den Zylinder (1) mit Zylinder kopf (3) während des Ansaugvorganges. Durch den ge öffneten Einlaßkanal (7), das Element (6) ist durch die entsprechende Nocke der Nockenwelle aus seiner Ruhelage (= Einlaßkanal verschlossen) verschoben worden, strömt Luft (12) entlang der Zylinder wandung in den Brennraum (15). Durch das geöffnete Einlaßventil (4) strömt während des gleichen Ansaug taktes brennbares Gemisch (13) in den Brennraum (15). Durch die Wahl der Steuerzeiten der Nockenwelle für das Schließelement (6) und das Einlaßventil (4) wird die Verteilung der Luft und des brennbaren Ge misches innerhalb des Brennraums (15) gesteuert. Das Ausstoßen der Verbrennungsgase und der Luft aus dem Zylinder nach dem Arbeitstakt erfolgt gemeinsam durch das/die Auslaßventil/e (5). Figure 2 shows a section of the cylinder ( 1 ) with cylinder head ( 3 ) during the intake process. Through the ge opened inlet channel ( 7 ), the element ( 6 ) has been moved from its rest position (= inlet channel closed) by the corresponding cam of the camshaft, air ( 12 ) flows along the cylinder wall into the combustion chamber ( 15 ). Flammable mixture ( 13 ) flows through the open inlet valve ( 4 ) during the same intake stroke into the combustion chamber ( 15 ). By selecting the timing of the camshaft for the closing element ( 6 ) and the inlet valve ( 4 ), the distribution of the air and the combustible mixture is controlled within the combustion chamber ( 15 ). The combustion gases and the air are expelled from the cylinder after the work cycle through the exhaust valve (s) ( 5 ).

Bild 3 zeigt eine Draufsicht auf den Zylinderkopf (3) von der Brennraumseite her. Figure 3 shows a top view of the cylinder head ( 3 ) from the combustion chamber side.

Bild 4 ist eine prinzipielle Darstellung während des An saugvorganges. Das Schließelement (6) hat kurz vor dem Einlaßventil (4) geöffnet, sodaß zuerst nur Luft über das Einfüllsystem und den Einlaßkanal (7) in den Brennraum (15) strömt, die den Raum unmittelbar über den nach unten gehenden Kolben (2) ausfüllt. Sobald das Einlaßventil (4) öffnet, strömt brennbares Gemisch in den Brennraum (15). Die prinzipielle Verteilung von Luft (12) und Gemisch (13) im Brenn raum (15) ist durch die Symbole "Kreise" für brenn bares Gemisch und "Kreuze" für Luft dargestellt. Figure 4 is a basic illustration during the suction process. The closing element ( 6 ) has opened shortly before the inlet valve ( 4 ), so that first only air flows through the filling system and the inlet channel ( 7 ) into the combustion chamber ( 15 ), which fills the space directly via the piston ( 2 ) going downwards . As soon as the inlet valve ( 4 ) opens, the combustible mixture flows into the combustion chamber ( 15 ). The basic distribution of air ( 12 ) and mixture ( 13 ) in the combustion chamber ( 15 ) is represented by the symbols "circles" for combustible mixture and "crosses" for air.

Bild 5 ist eine prinzipielle Darstellung während des Ver dichtungstaktes. Der Brennraum (15) ist durch die Ventile (4) und (5) und das Schließelement (6) abge schlossen. Die Verteilung von brennbarem Gemisch und Luft im Brennraum (15) bleibt während des Ver dichtungstaktes prinzipiell erhalten ( sehr kurzer Zeitraum), lediglich die Volumina werden ver kleinert. Die Zylinderwandung (1) und der Kolben (2) werden durch die Luftschicht (12) von dem brenn baren Gemisch (13) getrennt. Figure 5 is a basic illustration during the compression cycle. The combustion chamber ( 15 ) is closed by the valves ( 4 ) and ( 5 ) and the closing element ( 6 ). The distribution of combustible mixture and air in the combustion chamber ( 15 ) is basically preserved during the compression cycle (very short period), only the volumes are reduced. The cylinder wall ( 1 ) and the piston ( 2 ) are separated from the combustible mixture ( 13 ) by the air layer ( 12 ).

Bild 6 zeigt eine prinzipielle Darstellung des Schließ elementes (6) mit seinen Stößeln (17), auf welche die Nockenwelle und die Federn, die die Schließkraft erzeugen, wirken. Figure 6 shows a basic representation of the closing element ( 6 ) with its plungers ( 17 ), on which the camshaft and the springs that generate the closing force act.

Bild 7 zeigt eine prinzipielle Darstellung der Geometrie des Einlaßkanals (7) mit seiner Zuleitung (16), über welche die Luft zugeführt wird, sowie die Aussparungen für die Stößel (17). Figure 7 shows a basic representation of the geometry of the inlet duct ( 7 ) with its feed line ( 16 ), through which the air is supplied, and the cutouts for the tappets ( 17 ).

Bezeichnung der Bauteilnummern: 1Zylinderwandung 2Kolben 3Zylinderkopf 4Einlaßventil 5Auslaßventil 6Schließelement des Einlaßkanals 7Einlaßkanal 8Ansaugkanal des Einlaßventils 9Ausströmkanal des Auslaßventils 10 a, bDichtflächen 11Schaftdichtungen 12Luftschicht 13Gemisch 14Zündkerze 15Brennraum 16Zuleitung zum Einlaßkanal (7) 17Stößel"Kreise"Symbol für Gemisch "Kreuze"Symbol für LuftDesignation of the component numbers: 1 cylinder wall 2 pistons 3 cylinder head 4 inlet valve 5 outlet valve 6 closing element of the inlet channel 7 inlet channel 8 suction channel of the inlet valve 9 outlet channel of the outlet valve 10 a, b sealing surfaces 11 shaft seals 12 air layer 13 mixture 14 spark plug 15 combustion chamber 16 supply line to the inlet channel ( 7 ) 17 plunger "circles" symbol for mixture "crosses" symbol for air

Claims

1. Zylinderkopf für Kolbenbrennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf für jeden Zylinder ein separates Einfüllsystem, welches von dem, zum Befüllen der Zylinder mit brennbarem Gemisch dienendem, Füllsystem getrennt ist, aufweist, durch welches während des Ansaug taktes des Motors Luft in den Zylinderbrennraum geleitet wird.1. Cylinder head for piston internal combustion engines, characterized in that the cylinder head for each cylinder has a separate filling system, which is separate from the filling system serving to fill the cylinder with a combustible mixture, through which air is drawn into the cylinder combustion chamber during the intake of the engine is directed.

2. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Brennraum führende Einlaßkanal dieses Einfüll systems die Ein- und Auslaßventile des jeweiligen Zylinders ringförmig umschließt.2. Cylinder head according to claim 1, characterized in that the inlet channel leading into the combustion chamber of this filler systems the intake and exhaust valves of the respective cylinder encloses in a ring.

3. Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal durch ein bewegliches, steuerbares Schließelement gegen den Brennraum dicht abgeschlossen werden kann.3. Cylinder head according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet channel through a movable, controllable Closing element sealed against the combustion chamber can be.

4. Zylinderkopf nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Schließelement zum Verschließen des Einlaßkanals gegen den Brennraum über die Nockenwelle des Motors gesteuert wird.4. Cylinder head according to one of claims 1-3, characterized ge indicates that the closing element for closing the Inlet channel against the combustion chamber via the camshaft of the Motors is controlled.