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AT503181B1 - INTAKE CHANNEL ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

INTAKE CHANNEL ARRANGEMENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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AT503181B1
AT503181B1 AT0059707A AT5972007A AT503181B1 AT 503181 B1 AT503181 B1 AT 503181B1 AT 0059707 A AT0059707 A AT 0059707A AT 5972007 A AT5972007 A AT 5972007A AT 503181 B1 AT503181 B1 AT 503181B1
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Description

2 AT 503 181 B12 AT 503 181 B1

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Einlasskanal, in welchem eine Tumble-Klappe zur Beeinflussung der Einlassströmung in den Brennraum angeordnet ist, wobei die Tumble-Klappe an einem stromaufwärtigen Ende um eine Achse drehbar gelagert ist und wobei die Tumble-Klappe in einer Öffnungsstellung fluchtend mit einer Kanalwand des Einlasskanals, vorzugsweise mit einer brennraumseitigen Unterseite des Einlasskanals, ausgebildet ist, wobei die Tumble-Klappe sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung der Kontur des Einlasskanals nachgeformt ist.The invention relates to an intake duct arrangement for an internal combustion engine having at least one inlet duct, in which a tumble flap for influencing the inlet flow into the combustion chamber is arranged, wherein the tumble flap is rotatably mounted at an upstream end about an axis and wherein the tumble flap is formed in an open position in alignment with a channel wall of the inlet channel, preferably with a combustion chamber-side underside of the inlet channel, wherein the tumble flap is reshaped in the circumferential direction as well as in the axial direction of the contour of the inlet channel.

Aus den Veröffentlichungen WO 2006/024468 A1, WO 2004/031555 A1 und US 2005/0155570 A1 ist es bekannt, eine Tumble-Klappe an der Unterseite eines Einlasskanals zur Beeinflussung der Einlassströmung anzuordnen. Die Tumble-Klappe erstreckt sich dabei über einen relativ geringen Abschnitt des Einlasskanals. Dies hat den Nachteil, dass im offenen Zustand eine strömungsungünstige Störung in der Kanalkontur auftritt und dass im geschlossenen Zustand ungünstige Verwirbelungen entstehen, welche die Tumble-Strömung nachteilig beeinflussen.From the publications WO 2006/024468 A1, WO 2004/031555 A1 and US 2005/0155570 A1 it is known to arrange a tumble flap on the underside of an inlet channel for influencing the inlet flow. The tumble flap extends over a relatively small portion of the inlet channel. This has the disadvantage that in the open state, a flow-unfavorable disturbance in the channel contour occurs and that unfavorable turbulence arises in the closed state, which adversely affect the tumble flow.

Weitere Einrichtungen zur Beeinflussung der Tumble-Strömung sind aus der US 5,797,365 A, der US 4,858,567 A, der EP 0 701 057 A1 oder der AT 003.446 U1 bekannt. Diese bekannten Lösungen haben ebenfalls den Nachteil, dass eine ungünstige Beeinflussung der Strömungsverhältnisse auftritt und/oder dass für die Beeinflussung der Tumble-Strömung ein relativ hoher konstruktiver Aufwand erforderlich ist.Further devices for influencing the tumble flow are known from US Pat. No. 5,797,365 A, US Pat. No. 4,858,567 A, EP 0 701 057 A1 or AT 003.446 U1. These known solutions also have the disadvantage that an unfavorable influence on the flow conditions occurs and / or that a relatively high design effort is required for influencing the tumble flow.

Die WO 98/34017 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Ansaugströmung bei einem Verbrennungsmotor mit einem in die Ansaugströmung hineinführbaren mechanischen Teil, das um einen Drehpunkt drehbar gelagert und in einer Endlage im Ansaugkanal versenkbar ist und mit dem eine Verwirbelung der angesaugten Luft herbeiführbar ist. Der Drehpunkt des als drehbare Zunge ausgebildeten mechanischen Teiles liegt außerhalb des Zylinderblockes in einem Ansaugrohr. Das stromabwärtige Ende der Zunge ist relativ weit von der Mündung in den Brennraum beabstandet.WO 98/34017 A1 describes a device for influencing the intake flow in an internal combustion engine with a mechanical part which can be guided into the intake flow, which is rotatably mounted about a pivot point and can be retracted in an end position in the intake duct and with which turbulence of the intake air can be brought about. The fulcrum of the mechanical part formed as a rotatable tongue is located outside the cylinder block in an intake pipe. The downstream end of the tongue is spaced relatively far from the mouth into the combustion chamber.

Die JP 2004-003424 A zeigt eine Einlasseinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem stromabwärts einer Drosselklappe angeordneten Ventilelement, welches derart gestaltet ist, dass es im geschlossenen Zustand einen Teil der Wand des Einlassrohres bildet.JP 2004-003424 A shows an intake device for an internal combustion engine with a valve element arranged downstream of a throttle valve, which is designed such that it forms a part of the wall of the intake pipe in the closed state.

Die DE 101 40 314 A offenbart ein Ansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, die einen Zylinderkopf mit mindestens einem Einlasskanal je Zylinder aufweist, wobei der Einlasskanal eine beweglich, flächige Steuerklappe aufweist, die zur Turbulenzerzeugung teilweise in die Einlasskanalströmung schwenkbar ist. Die Drehachse der Steuerklappe liegt außerhalb deren Fläche und ist in einer turbulenzerzeugenden Stellung stromauf der Steuerklappe positioniert. Im geschlossenen Zustand schließt die Fläche der Steuerklappe fluchtend mit der Kanalwand ab.DE 101 40 314 A discloses an intake system for an internal combustion engine, which has a cylinder head with at least one inlet channel per cylinder, wherein the inlet channel has a movable, flat control flap, which is partially pivotable into the inlet channel flow for turbulence generation. The axis of rotation of the control flap is outside its surface and is positioned in a turbulence generating position upstream of the control flap. When closed, the surface of the control flap is flush with the duct wall.

Die DE 195 11 136 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit drei Einlassventilen und separaten Einlasskanälen für jedes Einlassventil, wobei wenigstens in einem Teil der Einlasskanäle eine Tumble-Strömung gebildet wird. Die Tumble-Strömung ist in Abhängigkeit vom Lastzustand der Brennkraftmaschine variabel gestaltet, wobei bei Teillast eine stärkere Tumble-Strömung erzeugt wird als bei Volllast. Zur Erzeugung der Tumble-Strömung ist in einem Einlasskanal eine Klappe angeordnet, welche in der Öffnungsstellung die Unterseite des Einlasskanals ausbildet.DE 195 11 136 A1 describes an internal combustion engine having three inlet valves and separate inlet channels for each inlet valve, wherein a tumble flow is formed at least in a part of the inlet channels. The tumble flow is variable as a function of the load condition of the internal combustion engine, wherein at partial load a stronger tumble flow is generated than at full load. To generate the tumble flow, a flap is arranged in an inlet channel, which forms the underside of the inlet channel in the open position.

Die beschriebenen Brennkraftmaschinen haben den Nachteil, dass die tumbleerzeugende Klappe relativ weit von der Mündung in den Brennraum entfernt ist. Dadurch kommt es bereits zu starken Verwirbelungen und Strömungsverlusten im Einlasskanal.The internal combustion engines described have the disadvantage that the tumble-generating flap is relatively far away from the mouth into the combustion chamber. This already leads to strong turbulence and flow losses in the inlet channel.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine strömungsungünstige Störung in der Kanalkontur in offenem Zustand zu verhindern, wobei in geschlossenem Zustand 3 AT 503 181 B1 eine hohe Tumble-Bewegung erzeugt werden soll.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to prevent a flow-unfavorable disturbance in the channel contour in the open state, wherein in the closed state 3 AT 503 181 B1 a high tumble motion is to be generated.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das stromabwärtige Ende der Tumble-Klappe im Bereich des Ventilsitzringes angeordnet ist.According to the invention this is achieved in that the downstream end of the tumble flap is arranged in the region of the valve seat ring.

In der Öffnungsstellung der Tumble-Klappe bildet diese - zumindest überwiegend - die Unterseite des Einlasskanals aus, wobei sich vorteilhafterweise die Tumble-Klappe etwa vom Einlasskanalflansch bis etwa zum Ventilsitzring erstreckt.In the open position of the tumble flap this forms - at least predominantly - the bottom of the inlet channel, wherein advantageously the tumble flap extends approximately from the inlet channel flange to about the valve seat ring.

Durch die Anordnung des Drehpunktes im Bereich des Einlasskanalflansches oder stromaufwärts des Einlasskanalflansches und die Gestaltung der Form der Tumble-Klappe ergeben sich für die jeweiligen Klappenwinkel in bestimmen geometrischen Grenzen einstellbare Querschnittverläufe längs des Einlasskanals. Dadurch wird das gas- und thermodynamische Verhalten des Einlasskanals mit der Klappenstellung beeinflussbar.The arrangement of the pivot point in the region of the inlet channel flange or upstream of the inlet channel flange and the design of the shape of the tumble flap results in adjustable cross-sectional profiles along the inlet channel for the respective flap angles within certain geometrical limits. As a result, the gas and thermodynamic behavior of the inlet channel with the flap position can be influenced.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Tumble-Klappe am Ventilsitzring zentriert ist, wobei vorzugsweise die Zentrierung der Tumble-Klappe durch eine Ausfräsung am Ventilsitzring gebildet ist. Die Zentrierung der Klappe am Sitzring bietet sich an, weil dieser eine genaue Lageposition besitzt und in der Nähe des Ventilspaltes angeordnet ist. Durch die Gestaltung der Zentrierung mittels einer Ausfräsung am Sitzring wird eine besonders strömungsgünstige Form bei am Sitzring angelegter Klappe erzielt.It when the tumble flap is centered on the valve seat ring, wherein preferably the centering of the tumble flap is formed by a cutout on the valve seat ring is particularly advantageous. The centering of the flap on the seat ring offers itself, because this has a precise position position and is located near the valve gap. The design of the centering means of a cutout on the seat ring a particularly streamlined shape is achieved when applied to the seat flap.

Da die Tumble-Klappe bis zum Anschlag am Ventilschaft durch geeignete Formgebung in einem weiten Winkelbereich verstellbar ist, wird im höheren Teillastbereich eine Drosselung nur mit der Tumble-Klappe bei voll geöffneter Motordrosselklappe ermöglicht. Dies gestattet hohe Ladungsbewegungen bis in hohe Lastbereiche mit den damit verbundenen Vorteilen im Kraftstoffverbrauch und der Abgasqualität.Since the tumble flap is adjustable to the stop on the valve stem by suitable shaping in a wide angular range, throttling is only possible with the tumble flap with fully open engine throttle in the higher part load range. This allows high load movements up to high load ranges with the associated advantages in fuel consumption and exhaust quality.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.

Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemäße Einlasskanalanordnung in einem Längsschnitt bei geschlossener Tumble-Klappe, Fig. 2 die Einlasskanalanordnung in einem Längsschnitt bei teilweise geöffneter Tumble-Klappe, Fig. 3 die Einlasskanalanordnung in einem Längsschnitt bei vollständig geöffneter Tumble-Klappe, Fig. 4 die Einlasskanalanordnung in einer Schrägansicht mit geschlossener Tumble-Klappe, Fig. 5 die Einlasskanalanordnung in einer Schrägansicht mit geöffneter Tumble-Klappe, Fig. 6 eine Draufsicht auf den Ventilteller gemäß der Linie Vl-Vl in Fig. 1 und 4, Fig. 7 einen Einlasskanal der Einlasskanalanordnung in einer axialen Ansicht mit teilweise geöffneter Tumble-Klappe gemäß dem Pfeil VII in Fig. 2.2 shows the inlet channel arrangement in a longitudinal section with a partially opened tumble flap, FIG. 3 shows the inlet channel arrangement in a longitudinal section with the tumble flap completely open, FIG. 4 5 shows the inlet channel arrangement in an oblique view with the tumble flap open, FIG. 6 shows a plan view of the valve plate according to the line VI-VI in FIGS. 1 and 4, FIG Inlet channel of the inlet channel arrangement in an axial view with partially opened tumble flap according to the arrow VII in Fig. 2nd

In einem Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine ist eine Einlasskanalanordnung 2 mit zumindest einem Einlasskanal 3 angeordnet. Die Mündung 4 des Einlasskanals 3 ist mittels eines Einlassventils 5 steuerbar. Das Einlassventil 5 sitzt auf einem im Zylinderkopf 1 fest angeordneten Ventilsitzring 6 auf. Mit Bezugszeichen 7 ist ein Auslasskanal bezeichnet.In a cylinder head 1 of an internal combustion engine, an inlet channel arrangement 2 with at least one inlet channel 3 is arranged. The mouth 4 of the inlet channel 3 is controllable by means of an inlet valve 5. The intake valve 5 is seated on a fixed in the cylinder head 1 valve seat ring 6. Reference numeral 7 designates an exhaust passage.

Im Bereich der dem Brennraum 8 zugewandten Unterseite 9 des Einlasskanals 3 ist eine Tumble-Klappe 10 angeordnet, deren Drehachse 11 im Bereich des stromaufwärtigen Endes 10a der Tumble-Klappe 10 im Bereich des Einlasskanalflansches 12 angeordnet ist. Das stromabwärtige Ende 10b der Tumble-Klappe 10 befindet sich - im geschlossenen Zustand der Tumble-Klappe 10 - im Bereich des Ventilsitzringes 6, wobei die Tumble-Klappe 10 durch den Ventilsitzring 6 zentriert wird. Zur Zentrierung der Tumble-Klappe 10 weist der Ventilsitzring 6 eine durch eine Ausfräsung gebildete Ausformung 13 auf.In the region of the combustion chamber 8 facing bottom 9 of the inlet channel 3, a tumble flap 10 is arranged, the axis of rotation 11 is disposed in the region of the upstream end 10a of the tumble flap 10 in the region of the inlet channel 12. The downstream end 10b of the tumble flap 10 is - in the closed state of the tumble flap 10 - in the region of the valve seat ring 6, wherein the tumble flap 10 is centered by the valve seat ring 6. For centering the tumble flap 10, the valve seat ring 6 on a formed by a cutout molding 13.

Die Tumble-Klappe 10 ist im Wesentlichen der Kontur des Einlasskanals 3 nachgeformt und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Unterseite 9 des Einlasskanals 3. Dadurch werden strömungsbehindernde Ablösungen an der Tumble-Klappe 10 sowohl imThe tumble flap 10 is substantially reshaped to the contour of the inlet channel 3 and extends substantially over the entire length of the bottom 9 of the inlet channel 3. As a result, flow-obstructing detachments on the tumble flap 10 both in

Claims (5)

4 AT 503 181 B1 geschlossenen Zustand, als auch im geöffneten Zustand verhindert. Die Drehachse 11 der Tumble-Klappe 10 ist außerhalb des Zylinderkopfes 1 im Bereich des Einlasskanalflansches 12 angeordnet. Durch einen geeignete - nicht weiter dargestellten -Aktuator lässt sich die Stellung der Tumble-Klappe 10 während des Motorbetriebs abhängig vom Betriebszustand stufenlos verstellen. Die Stellung der Tumble-Klappe 10 beeinflusst die Ladungsbewegung im Brennraum 8, deren Variabilität insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen wichtig für die Qualität der Verbrennung und der Abgase ist. Im Vergleich zu bekannten Anordnungen stellt die Tumble-Klappe 10 nahezu die gesamte Unterseite 9, insbesondere nahezu die gesamte untere Hälfte des Einlasskanals 3 dar, und zwar so, dass in geöffnetem Zustand keine strömungsungünstige Störung in der Kanalkontur auftritt, und in geschlossenem Zustand eine hohe Tumblebewegung erzeugt wird. Zusätzlich lassen sich mittels Winkelverstellern der Tumble-Klappe 10 stufenlos alle Zustände dazwischen darstellen. Je weiter eine Tumble-Klappe 10 vom Ventilspalt entfernt ist, desto geringer ist der Einfluss der Stellung der Tumble-Klappe 10 auf die Strömung durch denselben und damit auch auf die Ladungsbewegung im Brennraum 8. Tumble-Klappen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, weisen Einbußen im Durchfluss auf, um eine für das jeweilige Brennverfahren ausreichend starke Tumble-Bewegung zu erzeugen. Durch die Anordnung der Drehachse 11 der Tumble-Klappe 10 außerhalb des Zylinderkopfes 1 und der Gestaltung der Form der Tumble-Klappe 10 ergeben sich für die jeweiligen Klappenwinkel in bestimmten geometrischen Grenzen einstellbare Querschnittsverläufe längs des Einlasskanals 3. Dadurch wird das gas-und thermodynamische Verhalten des Einlasskanals 3 mit der Klappenstellung beeinflussbar. Durch die Zentrierung der Tumble-Klappe 10 am Ventilsitzring 6 mittels der Ausformung 16 am Ventilsitzring 6 wird eine besonders strömungsgünstige Form bei am Ventilsitzring 6 anliegender Tumble-Klappe 10 erzielt. Da die Tumble-Klappe 10 bis zur Kollision mit dem Ventilschaft 5a durch geeignete Formgebung in einen weiten Winkelbereich verstellbar ist, wird im höheren Teillastbereich eine Drosselung nur mit der Tumble-Klappe 10 bei voll geöffneter Motordrosselklappe ermöglicht. Dies gestattet hohe Ladungsbewegungen bis in hohe Lastbereich hinein, mit dem damit verbundenen Vorteilen im Kraftstoffverbrauch und der Abgasqualität. Die Erfindung eignet sich nicht nur für Brennkraftmaschine mit einem Einlasskanal, sondern auch für Brennkraftmaschinen mit zwei oder mehreren Einlasskanälen. Patentansprüche: 1. Einlasskanalanordnung (2) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Einlasskanal (3), in welchem eine Tumble-Klappe (10) zur Beeinflussung der Einlassströmung in den Brennraum (8) angeordnet ist, wobei die Tumble-Klappe (10) an einem stromaufwärtigen Ende um eine Achse (11) drehbar gelagert ist und wobei die Tumble-Klappe (10) in einer Öffnungsstellung fluchtend mit einer Kanalwand des Einlasskanals (3), vorzugsweise mit einer brennraumseitigen Unterseite (9) des Einlasskanals (3), ausgebildet ist, wobei die Tumble-Klappe (10) sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung der Kontur des Einlasskanals (3) nachgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das stromabwärtige Ende (10b) der Tumble-Klappe (10) im Bereich des Ventilsitzringes (6) angeordnet ist.4 AT 503 181 B1 closed state, as well as in the open state prevented. The axis of rotation 11 of the tumble flap 10 is arranged outside the cylinder head 1 in the region of the inlet channel flange 12. By means of a suitable actuator (not shown), the position of the tumble flap 10 can be infinitely adjusted during engine operation, depending on the operating state. The position of the tumble flap 10 influences the charge movement in the combustion chamber 8, the variability of which is particularly important in the case of direct-injection internal combustion engines for the quality of the combustion and the exhaust gases. Compared to known arrangements, the tumble flap 10 is almost the entire bottom 9, in particular almost the entire lower half of the inlet channel 3, in such a way that no flow-unfavorable disturbance in the channel contour occurs in the open state, and in the closed state a high Tumble movement is generated. In addition, by means of angle adjusters of the tumble flap 10, all states between them can be continuously represented. The farther a tumble flap 10 is removed from the valve gap, the lower the influence of the position of the tumble flap 10 on the flow through the same and thus also on the charge movement in the combustion chamber 8. tumble flaps, as in the prior art are known to have losses in flow to produce a sufficiently strong for the respective combustion tumble motion. The arrangement of the axis of rotation 11 of the tumble flap 10 outside of the cylinder head 1 and the design of the shape of the tumble flap 10 results in adjustable cross-sectional profiles along the inlet channel 3 for the respective flap angle in certain geometric limits. Thus, the gas and thermodynamic behavior of the inlet channel 3 with the flap position influenced. By centering the tumble flap 10 on the valve seat ring 6 by means of the molding 16 on the valve seat ring 6, a particularly streamlined shape is achieved with the valve seat ring 6 adjacent tumble flap 10. Since the tumble flap 10 is adjustable by suitable shaping in a wide angular range to collision with the valve stem 5a, throttling is only possible with the tumble flap 10 with fully open engine throttle in the higher part load range. This allows high load movements up to high load range, with the associated advantages in fuel consumption and exhaust quality. The invention is suitable not only for internal combustion engine with an intake port, but also for internal combustion engines with two or more intake ports. An inlet duct arrangement (2) for an internal combustion engine with at least one inlet duct (3), in which a tumble flap (10) for influencing the inlet flow into the combustion chamber (8) is arranged, wherein the tumble flap (10) an upstream end about an axis (11) is rotatably mounted and wherein the tumble flap (10) in an open position aligned with a channel wall of the inlet channel (3), preferably with a combustion chamber side bottom (9) of the inlet channel (3) is formed , wherein the tumble flap (10) is reshaped in the circumferential direction as well as in the axial direction of the contour of the inlet channel (3), characterized in that the downstream end (10b) of the tumble flap (10) in the region of the valve seat ring (6 ) is arranged. 2. Einlasskanalanordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumble-Klappe (10) in der Öffnungsstellung - zumindest überwiegend - die Unterseite (9) des Einlasskanals (3) ausbildet. 5 AT 503 181 B12. inlet channel arrangement (2) according to claim 1, characterized in that the tumble flap (10) in the open position - at least predominantly - the bottom (9) of the inlet channel (3) is formed. 5 AT 503 181 B1 3. Einlasskanalanordnung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das stromaufwärtige Ende (10a) der Tumble-Klappe (10) etwa im Bereich des Einlasskanalflansches angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Achse (11) der Tumble-Klappe (10) im Bereich des Einlasskanalflansches (18), besonders vorzugsweise stromaufwärts des Einlasskanalflansches (12) positioniert ist.3. inlet channel arrangement (2) according to claim 1 or 2, characterized in that the upstream end (10 a) of the tumble flap (10) is arranged approximately in the region of the inlet channel flange, wherein preferably the axis (11) of the tumble flap (10 ) is positioned in the region of the inlet channel flange (18), particularly preferably upstream of the inlet channel flange (12). 4. Einlasskanalanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumble-Klappe (10) am Ventilsitzring (6) zentriert ist.4. inlet duct arrangement (2) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tumble flap (10) on the valve seat ring (6) is centered. 5. Einlasskanalanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierung der Tumble-Klappe (10) durch eine vorzugsweise durch eine Ausfrä-sung geformte Ausnehmung (13) am Ventilsitzring (6) gebildet ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen5. inlet channel arrangement (2) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the centering of the tumble flap (10) by a preferably formed by a Ausfrä-sung recess (13) on the valve seat ring (6) is formed. For this purpose 3 sheets of drawings
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