DE102010007023B4

DE102010007023B4 - internal combustion engine

Info

Publication number: DE102010007023B4
Application number: DE102010007023.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Liesen Wolfgang
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2030-01-30
Also published as: JP2011157969A; DE102010007023A1

Abstract

Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1), in dem ein Brennraum (2) zwischen einem Kolben und einem Zylinderkopf begrenzt ist, einem Einlasskanal, über den dem Brennraum (2) Verbrennungsluft zugeführt wird, und einem Auslasskanal, über den Abgase aus dem Brennraum (2) abgeführt werden, wobei im Brennraum (2) ein erstes und ein zweites Einlassventil (3, 4) sowie mindestens ein Auslassventil (13) vorgesehen sind, die mittels einer Ventilsteuereinrichtung derart betätigt werden, dass zur Bildung einer Drallströmung im Brennraum beim ersten Einlassventil (3) ein Ventilhub (5) einstellbar ist, der sich von einem Ventilhub (6) des zweiten Einlassventils (4) unterscheidet, wobei in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine beim ersten Einlassventil (3) ein erster Ventilhub (5) und beim zweiten Einlassventil (4) ein Null-Hub einstellbar ist, und in einem höheren Lastbereich der Brennkraftmaschine beim ersten Einlassventil (3) der erste Ventilhub des Teillastbereichs beibehalten wird, wobei beim zweiten Einlassventil (4) ein zweiter Ventilhub (6) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilhub (5) des ersten Einlassventils (3) bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine beibehalten wird, wobei der Ventilhub (6) des zweiten Einlassventils (4) je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variierbar ist.Internal combustion engine with at least one cylinder (1), in which a combustion chamber (2) is delimited between a piston and a cylinder head, an inlet duct, via which combustion air is supplied to the combustion chamber (2), and an outlet duct, via which exhaust gases from the combustion chamber ( 2) are discharged, with a first and a second inlet valve (3, 4) and at least one outlet valve (13) being provided in the combustion chamber (2), which are actuated by means of a valve control device in such a way that a swirl flow is formed in the combustion chamber at the first inlet valve (3) a valve lift (5) can be set, which differs from a valve lift (6) of the second inlet valve (4), wherein in a part-load range of the internal combustion engine the first inlet valve (3) has a first valve lift (5) and the second inlet valve ( 4) a zero lift can be set, and in a higher load range of the internal combustion engine for the first inlet valve (3), the first valve lift of the part-load range is maintained w ird, with a second valve lift (6) being adjustable for the second inlet valve (4), characterized in that the first valve lift (5) of the first inlet valve (3) is maintained at all operating points of the internal combustion engine, with the valve lift (6) of the second Inlet valve (4) can be varied depending on the operating point of the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an internal combustion engine, in particular a spark-ignition internal combustion engine with direct injection, according to the preamble of patent claim 1.

Beim Betrieb von fremdgezündeten Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung werden zur Verbesserung der Gemischbildung im Brennraum eine Reihe von unterschiedlichen Maßnahmen vorgenommen, um insbesondere eine gezielte Ladungsbewegung zu generieren. Aus der DE 60 2004 005 373 T2 ist eine Brennkraftmaschine mit variabler Ventilbetätigungsvorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe einer variablen Ventilsteuerung die angesaugte Luftmenge in den Brennraum gesteuert wird. Hierzu werden die Einlassventile unabhängig voneinander betätigt, so dass je nach Betriebspunkt beim jeweiligen Einlassventil ein bestimmter Ventilhub eingestellt wird. In der DE 44 11 434 A1 ist ein Betriebsverfahren für fremdgezündete Brennkraftmaschinen beschrieben, mit dem bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine eines der beiden Einlassventile geschlossen bleibt. Darüber hinaus ist in der DE 101 57 659 B4 eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der zur Erzeugung einer Drall- und Tumbleströmung im Brennraum die jeweiligen Einlassventile unterschiedlich betätigt werden. Bei den bekannten Brennkraftmaschinen wird eine aufwändige Ventilsteuereinrichtung verwendet, um eine gezielte Ladungsbewegung im Brennraum zu generieren.When operating spark-ignited internal combustion engines with direct injection, a number of different measures are taken to improve mixture formation in the combustion chamber, in particular to generate a targeted charge movement. From the DE 60 2004 005 373 T2 An internal combustion engine with a variable valve actuation device is known, in which the amount of air sucked into the combustion chamber is controlled with the aid of a variable valve control. For this purpose, the intake valves are actuated independently of one another, so that a specific valve lift is set for the respective intake valve depending on the operating point. In the DE 44 11 434 A1 describes an operating method for spark-ignited internal combustion engines, with which one of the two intake valves remains closed at certain operating points of the internal combustion engine. In addition, in the DE 101 57 659 B4 describes an internal combustion engine in which the respective intake valves are actuated differently in order to generate a swirl and tumble flow in the combustion chamber. In the known internal combustion engines, a complex valve control device is used in order to generate a targeted charge movement in the combustion chamber.

Aus der DE 10 2005 048 951 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine bekannt, die pro Zylinder zwei Einlassventile aufweist, denen jeweils zwei verschiedene Ventilhubkurven zuzuordnen sind, deren Aufbau jedoch relativ viel Bauraum benötigt. Weitere Ausführungsformen von Brennkraftmaschinen sind aus der DE 101 17 541 A1 , der DE 17 51 711 A , der DE 691 10 573 T2 , der DE 600 27 391 T2 , der DE 10 2004 031 231 B4 , der DE 10 2004 024 727 A1 und der JP H07- 332 045 A bekannt. From the DE 10 2005 048 951 A1 a generic internal combustion engine is known, which has two intake valves per cylinder, each of which has two different valve lift curves, but whose structure requires a relatively large amount of space. Other embodiments of internal combustion engines are from DE 101 17 541 A1 , the DE 17 51 711 A , the DE 691 10 573 T2 , the DE 600 27 391 T2 , the DE 10 2004 031 231 B4 , the DE 10 2004 024 727 A1 and JP H07-332045A.

Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, eine Brennkraftmaschine mit mehreren Einlassventilen zu gestalten, die mit einer einfach ausgebildeten Ventilsteuereinrichtung versehen ist, durch die eine verbesserte Ladungsbewegung im Brennraum erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.In contrast, the object of the invention is to design an internal combustion engine with a plurality of intake valves, which is provided with a valve control device of simple design, through which an improved charge movement in the combustion chamber is achieved. According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1 .

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Ventilhub des ersten Einlassventils bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine beibehalten wird, wobei der Ventilhub des zweiten Einlassventils je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine variierbar ist.
Alternativ kann anstelle des Null-Hubes beim zweiten Einlassventil ein kleiner Hub eingestellt werden, der deutlich kleiner ist als der erste Ventilhub des ersten Einlassventils.The internal combustion engine according to the invention is characterized in that the first valve lift of the first intake valve is retained at all operating points of the internal combustion engine, the valve lift of the second intake valve being variable depending on the operating point of the internal combustion engine.
Alternatively, instead of the zero lift, a small lift can be set for the second intake valve, which is significantly smaller than the first valve lift of the first intake valve.

Durch die Einstellung eines Null-Hubes bzw. eines geringen Hubes beim zweiten Einlassventil erfolgt eine unsymmetrische Frischluftansaugung über das erste Einlassventil, so dass eine gezielte Drallbewegung im Brennraum generiert wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird sowohl im Teillastbereich als auch in einem höheren Lastbereich, beispielsweise in einem Volllastbereich der Brennkraftmaschine, der erste Ventilhub des ersten Einlassventils beibehalten. Demnach ist für das erste Einlassventil keine Variation des Ventilhubs vorgesehen. Somit erfolgt eine Ventilbetätigung des ersten Ventils durch einen Nocken an einer Nockenwelle, mit dem ein Ventilhub bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine einstellbar ist. Eine aufwändige Ventilsteuereinrichtung für das erste Ventil entfällt. Folglich wird im Zylinderkopf weniger Bauraum zur Unterbringung der Ventilsteuereinrichtung benötigt und das Gewicht der Ventilsteuereinrichtung reduziert. Die Betätigung des zweiten Einlassventils erfolgt mit einer variablen Ventilsteuereinrichtung, durch die mindestens zwei Ventilhübe beim zweiten Einlassventil einstellbar sind. Somit wird bei jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine eine Drallströmung im Brennraum generiert, wobei auf eine aufwendige Ventilsteuereinrichtung für beide Einlassventile verzichtet wird. Insbesondere eignet sich die vorliegende Erfindung für aufgeladene Brennkraftmaschinen. Durch die vorgenommene Aufladung kann sowohl im Teillastbereich als auch im Volllastbereich genügend Frischluft in den Brennraum angesaugt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Vereinfachung der Ventilsteuereinrichtung, da beim ersten Einlassventil eine Veränderung des Ventilhubs entfällt. Die Betätigung der Einlassventile bzw. des zweiten Einlassventils, kann im Sinne der vorliegenden Erfindung mittels einer variablen Ventilsteuereinrichtung, beispielsweise durch die Verwendung einer schaltbaren Tassenvorrichtung gemäß der DE 196 06 054 C2 , bekannt als VarioCam Plus der Firma Porsche, oder alternativ gemäß der DE 196 11 641 C1 , bekannt als Schiebenockensystem oder Valvelift. Somit kann eine Veränderung des Ventilhubes des zweiten Einlassventils mittels einer schaltbaren Tasse oder mittels eines Schiebenockens erfolgen. Beim ersten Einlassventil wird keine Variierung des Ventilhubs vorgenommen, so dass die verwendete variable Ventilsteuereinrichtung weniger Bauraum benötigt und leichter ausgebildet sein kann als sonst üblich.By setting a zero lift or a low lift for the second intake valve, an asymmetrical intake of fresh air takes place via the first intake valve, so that a targeted swirl movement is generated in the combustion chamber. According to the present invention, the first valve lift of the first intake valve is retained both in the partial load range and in a higher load range, for example in a full load range of the internal combustion engine. Accordingly, no variation of the valve lift is provided for the first intake valve. Thus, the first valve is actuated by a cam on a camshaft, with which a valve lift can be adjusted at all operating points of the internal combustion engine. A complex valve control device for the first valve is not required. Consequently, less installation space is required in the cylinder head for accommodating the valve control device and the weight of the valve control device is reduced. The second inlet valve is actuated with a variable valve control device, by means of which at least two valve lifts can be set for the second inlet valve. A swirl flow is thus generated in the combustion chamber at every operating point of the internal combustion engine, with a complex valve control device for both inlet valves being dispensed with. In particular, the present invention is suitable for supercharged internal combustion engines. Due to the charging carried out, sufficient fresh air can be sucked into the combustion chamber both in the partial load range and in the full load range.
According to the invention, the valve control device is simplified since there is no change in the valve lift in the first intake valve. The actuation of the intake valves or the second intake valve can, within the meaning of the present invention, be carried out by means of a variable valve control device, for example by using a switchable cup device according to FIG DE 196 06 054 C2 , known as VarioCam Plus from Porsche, or alternatively according to the DE 196 11 641 C1 , known as the sliding cam system or valvelift. The valve lift of the second intake valve can thus be changed by means of a switchable cup or by means of a sliding cam. In the case of the first intake valve, the valve lift is not varied, so that the variable valve control device used requires less installation space and can be made lighter than is otherwise usual.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Steuerzeiten von beiden Einlassventilen derart gewählt, dass beim Übergang vom Teillastbereich zu einem höheren Lastbereich oder umgekehrt eine Zylinderfüllung während mehrere Arbeitsspiele bzw. Verbrennungszyklen vor und nach dem Umschalten vom Teillastbereich zum höheren Lastbereich oder umgekehrt nahezu unverändert bleibt. Vorzugsweise erfolgt hierzu eine entsprechende Veränderung der Steuerzeiten von beiden Einlassventilen. Bei hohen Drehzahl- und Lastbereichen wird eine Aktivierung des zweiten Einlassventils vorgenommen, die zu einer erhöhten Luftansaugung in den Brennraum führt. Erfindungsgemäß wird eine derartige Dimensionierung und Positionierung der jeweiligen Ventilhubkurve des jeweiligen Einlassventils gewählt, dass bei einem Schaltvorgang ein Drehmomentsprung ohne Verbrauchsnachteile verhindert wird. Beispielsweise wird die Ventilhubkurve des zweiten Einlassventils so dimensioniert und positioniert, dass das zweite Einlassventil später als das erste Einlassventil geschlossen wird und dass bei entsprechender Veränderung der Steuerzeiten, zumindest während einer bestimmten Anzahl von Arbeitszyklen, ein Teil der Zylinderfrischladung wieder in den jeweiligen Einlasskanal zurückgeschoben werden kann.According to a further aspect of the invention, the control times of the two intake valves are selected in such a way that the transition from partial load rich to a higher load range or vice versa, a cylinder charge during several work cycles or combustion cycles before and after switching from the partial load range to the higher load range or vice versa remains almost unchanged. A corresponding change in the control times of both intake valves preferably takes place for this purpose. At high engine speeds and loads, the second intake valve is activated, which leads to increased air intake into the combustion chamber. According to the invention, such a dimensioning and positioning of the respective valve lift curve of the respective intake valve is selected that during a shifting process, a torque jump is prevented without disadvantages in terms of consumption. For example, the valve lift curve of the second intake valve is dimensioned and positioned in such a way that the second intake valve is closed later than the first intake valve and that with a corresponding change in the control times, at least during a certain number of work cycles, part of the cylinder fresh charge is pushed back into the respective intake port can.

Die vorgenommene Steuerzeitveränderung während bzw. vor und nach einem Schaltvorgang, die mehrere Arbeitszyklen andauern kann, führt trotz einer erhöhten Luftansaugung zur Beibehaltung einer gleichmäßigen Zylinderfüllung. Zusätzlich kann auch die Kraftstoffeinspritzung angepasst werden. Durch die Beibehaltung der nahezu gleichen Zylinderfüllung wird ein spürbarer Drehmomentsprung der Brennkraftmaschine während des Überganges zwischen zwei unterschiedlichen Betriebspunkten verhindert.The control time change made during or before and after a shifting process, which can last for several work cycles, leads to the maintenance of an even cylinder filling despite an increased air intake. In addition, the fuel injection can also be adjusted. By maintaining almost the same cylinder charge, a noticeable jump in torque of the internal combustion engine during the transition between two different operating points is prevented.

Eine Veränderung der Steuerzeiten erfolgt beispielsweise durch eine Verbindung der Einlassnockenwelle mit einem hydraulischen oder elektrischen Nockenwellenversteller, mit dem eine stetige Verstellung des Öffnungs- und Schließzeitpunkts der Einlassventile bewirkt wird. Zusätzlich können die Steuerzeiten der Auslassventile ebenfalls durch eine Verbindung der Auslassnockenwelle mit einem hydraulischen oder elektrischen Nockenwellenversteller verändert und angepasst werden.The control times are changed, for example, by connecting the intake camshaft to a hydraulic or electric camshaft adjuster, which continuously adjusts the opening and closing times of the intake valves. In addition, the control times of the exhaust valves can also be changed and adjusted by connecting the exhaust camshaft to a hydraulic or electric camshaft adjuster.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Ventilhub des ersten Ventils kleiner als der zweite Ventilhub des zweiten Einlassventils. Somit erfolgt eine Drallgenerierung im Brennraum bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine.According to a further embodiment of the invention, the first valve lift of the first valve is smaller than the second valve lift of the second intake valve. A swirl is thus generated in the combustion chamber at all operating points of the internal combustion engine.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt ein Öffnungszeitpunkt des ersten Einlassventils vor dem Öffnungszeitpunkt des zweiten Einlassventils, wobei vorzugsweise ein Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils vor dem Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils liegt. Hierdurch wird eine zeitversetzte Luftansaugung durch die beiden Einlassventile erreicht. Insbesondere führt die nach Beendigung der Ansaugphase des ersten Einlassventils noch andauernde Ansaugphase des zweiten Einlassventils zur Bildung einer gezielten Drallströmung im Brennraum. Vorzugsweise liegt der Öffnungszeitpunkt des ersten Einlassventils vor einem oberen Ladungswechseltotpunkt und der Schließzeitpunkt des ersten Einlassventils vor einem unteren Ladungswechseltotpunkt. Hierdurch kommt eine vorteilhafte Luftansaugung im Teillastbereich der Brennkraftmaschine zustande. Vorzugsweise liegt der Öffnungszeitpunkt des zweiten Einlassventils vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt, wobei der Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt liegt. Hierdurch wird ein Zurückschieben von einem Teil der angesaugten Luftmenge wieder in den Einlasskanal ermöglicht. Durch eine gezielte Einstellung von entsprechenden Steuerzeiten wird eine Veränderung der Zylinderfüllung herbeigeführt, so dass bei einem Umschalten vom Teillastbereich in einen höheren Lastbereich oder umgekehrt ein Drehmomentsprung verhindert wird.In a further embodiment of the invention, an opening time of the first intake valve is before the opening time of the second intake valve, with a closing time of the first intake valve preferably being before the closing time of the second intake valve. This achieves a time-delayed intake of air through the two intake valves. In particular, the intake phase of the second intake valve, which continues after the end of the intake phase of the first intake valve, leads to the formation of a targeted swirl flow in the combustion chamber. The opening time of the first inlet valve is preferably before a top gas exchange dead center and the closing time of the first inlet valve is before a bottom gas exchange dead center. This results in advantageous air intake in the partial load range of the internal combustion engine. Preferably, the opening time of the second intake valve is before the gas exchange top dead center, with the closing time of the second intake valve being after the bottom gas exchange dead center. This allows some of the intake air volume to be pushed back into the intake port. A targeted adjustment of appropriate control times brings about a change in the cylinder charge, so that when switching from the partial load range to a higher load range or vice versa, a jump in torque is prevented.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Kraftstoffeinspritzung mittels eines im Brennraum positionierten Einspritzventils und/oder mittels eines in einem Einlasskanal positionierten Einspritzventils. Hierdurch kann ein kombinierte Kraftstoffeinspritzung vorgenommen werden, die auf jeweiligen Betriebspunkte und vorliegenden Ladungsbewegungsverhältnisse im Brennraum abgestimmt ist. So kann beispielsweise ein Teil des Kraftstoffes in den Einlasskanal und die restlichen Anteile direkt in den Brennraum eingespritzt werden. Folglich wird die Gemischbildung im Brennraum, insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, optimiert.According to a further embodiment of the invention, the fuel is injected by means of an injection valve positioned in the combustion chamber and/or by means of an injection valve positioned in an intake port. In this way, a combined fuel injection can be carried out, which is matched to the respective operating points and the charge movement conditions present in the combustion chamber. For example, part of the fuel can be injected into the intake port and the remaining parts directly into the combustion chamber. Consequently, mixture formation in the combustion chamber, particularly in the part-load range of the internal combustion engine, is optimized.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Zylinders der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
2 ein schematisches Diagramm mit den jeweiligen Ventilhubkurven der Einlass- und Auslassventile in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine aus 1, und
3 ein schematisches Diagramm mit den jeweiligen Ventilhubkurven der Einlass- und Auslassventile in einem Betriebspunkt mit einer hohen Drehzahl und/oder einer hohen Motorlast der Brennkraftmaschine aus 1.

Further features and combinations of features result from the description. Concrete exemplary embodiments of the invention are shown in simplified form in the drawings and explained in more detail in the following description. Show it:

1 a schematic representation of a cylinder of the internal combustion engine according to the invention,
2 a schematic diagram with the respective valve lift curves of the intake and exhaust valves in a partial load range of the internal combustion engine 1 , and
3 a schematic diagram with the respective valve lift curves of the intake and exhaust valves in an operating point with a high speed and / or a high engine load of the internal combustion engine 1 .

In 1 ist ein Zylinder 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine schematisch dargestellt, in dem ein Brennraum 2 zwischen einem im Zylinder 1 längsverschieblich gehaltenen, nicht dargestellten Kolben und einem nicht dargestellten Zylinderkopf gebildet ist. Die Längsbewegung des Kolbens erstreckt sich im Zylinder 1 zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt. Bei der in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Brennkraftmaschine erfolgt die Luftansaugung über zwei getrennt ausgebildete, nicht dargestellte, Einlasskanäle. Im Brennraum 2 sind ein erstes Einlassventil 3 und ein zweites Einlassventil 4 vorgesehen, mit denen die Einlasskanäle zum Brennraum 2 hin geöffnet bzw. verschlossen werden. Darüber hinaus sind zwei Auslassventile 13 vorgesehen, über die die Abgase aus dem Brennraum 2 über nicht dargestellte Auslasskanäle hin zur einer Abgasanlage abgeführt werden. Weiterhin ist im Brennraum 2 ein nicht dargestelltes Einspritzventil vorgesehen, mit dem Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird, wobei alternativ eine Saugrohrkraftstoffeinspritzung denkbar ist.In 1 a cylinder 1 of an internal combustion engine, not shown, is shown schematically, in which a combustion chamber 2 is formed between a piston, not shown, held longitudinally displaceably in the cylinder 1, and a cylinder head, not shown. The longitudinal movement of the piston extends in the cylinder 1 between a top dead center and a bottom dead center. In the internal combustion engine described in this exemplary embodiment, the air is sucked in via two separately designed intake ducts (not shown). A first inlet valve 3 and a second inlet valve 4 are provided in the combustion chamber 2, with which the inlet channels to the combustion chamber 2 are opened or closed. In addition, two outlet valves 13 are provided, via which the exhaust gases are discharged from the combustion chamber 2 via outlet channels (not shown) to an exhaust system. Furthermore, an injection valve (not shown) is provided in combustion chamber 2, with which fuel is injected into the combustion chamber, with intake manifold fuel injection being alternatively conceivable.

Vorzugsweise erfolgt die Kraftstoffeinspritzung sowohl mittels eines im Brennraum 2 positionierten Einspritzventils als auch mittels eines im Einlasskanal positionierten Einspritzventils. Hierdurch wird ein kombinierte Kraftstoffeinspritzung vorgenommen, die auf jeweiligen Betriebspunkte und vorliegenden Ladungsbewegungsverhältnisse im Brennraum 2 abgestimmt ist. So kann beispielsweise ein Teil des Kraftstoffes im Einlasskanal und die restlichen Anteile direkt in den Brennraum 2 eingespritzt werden. Hierdurch lässt sich eine optimierte Gemischbildung im Brennraum 2, insbesondere im Teillastbereich der Brennkraftmaschine, erzielen.The fuel injection preferably takes place both by means of an injection valve positioned in the combustion chamber 2 and by means of an injection valve positioned in the intake port. As a result, a combined fuel injection is carried out, which is matched to the respective operating points and the charge movement conditions present in the combustion chamber 2 . For example, part of the fuel in the intake port and the remaining shares can be injected directly into the combustion chamber 2 . In this way, an optimized mixture formation in the combustion chamber 2, in particular in the part-load range of the internal combustion engine, can be achieved.

Zur Betätigung der Einlassventile 3 und 4 ist eine nicht dargestellte Nockenwelle vorgesehen, die mit einem Nockenwellensteller verbunden ist. Hierdurch können die Steuerzeiten der Einlassventile 3 und 4 variiert werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Betätigung des ersten Einlassventils 3 ein Nocken vorgesehen, mit dem ein erster Ventilhub 5 des ersten Einlassventils 3 eingestellt wird. Für das zweite Einlassventil 4 sind an der Nockenwelle mindestens zwei Nocken zur Einstellung eines Null-Hubes sowie zur Einstellung eines zweiten Ventilhubs 6 vorgesehen. Zur Variierung des eingestellten Hubes beim zweiten Einlassventil 4 ist zwischen der Nockenwelle und dem zweiten Einlassventil 4 eine schaltbare Tasse gemäß der Vorrichtung aus der DE 196 06 054 C2 vorgesehen. Alternativ kann zur Variierung des eingestellten Hubes beim zweiten Einlassventil 4 eine verschiebbare Nockeneinrichtung gemäß der DE 196 11 641 C1 vorgesehen sein. Hierdurch liegt jeweils eine Betätigungseinrichtung für das zweite Einlassventil 4 vor, mit der die Einstellung von mehreren bzw. unterschiedlichen Ventilhüben und Hubkurven beim zweiten Einlassventil 4 ermöglicht wird.To actuate the intake valves 3 and 4, a camshaft (not shown) is provided, which is connected to a camshaft adjuster. As a result, the control times of the intake valves 3 and 4 can be varied. According to the present invention, a cam is provided for actuating the first intake valve 3, with which a first valve lift 5 of the first intake valve 3 is set. At least two cams for setting a zero lift and for setting a second valve lift 6 are provided on the camshaft for the second intake valve 4 . To vary the lift set for the second intake valve 4, a switchable cup according to the device from FIG DE 196 06 054 C2 intended. Alternatively, to vary the lift set at the second intake valve 4, a displaceable cam device according to DE 196 11 641 C1 be provided. As a result, there is in each case an actuating device for the second intake valve 4 with which the setting of a plurality of or different valve lifts and lift curves in the second intake valve 4 is made possible.

Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Brennkraftmaschine arbeitet nach dem Vier-Takt-Prinzip. In einem ersten Ansaugtakt wird gemäß 2 und 3 durch Öffnen des ersten bzw. des zweiten Einlassventils dem Brennraum 2 Verbrennungsluft zugeführt, wobei sich der Kolben in einer Abwärtsbewegung von einem oberen Ladungswechseltotpunkt GOT bis zu einem unteren Ladungswechseltotpunkt GUT bewegt. Im nachfolgenden Kompressionstakt bewegt sich der Kolben in einer Aufwärtsbewegung vom unteren Ladungswechseltotpunkt GUT bis zu einem oberen Zünd-Totpunkt. Kurz vor dem oberen Zünd-Totpunkt wird ein im Brennraum 2 gebildetes Kraftstoffluftgemisch gezündet.The internal combustion engine described in this embodiment works according to the four-stroke principle. In a first intake stroke according to 2 and 3 Combustion air is supplied to the combustion chamber 2 by opening the first or second intake valve, with the piston moving downwards from a charge exchange top dead center GOT to a charge exchange bottom dead center GUT. In the subsequent compression stroke, the piston moves upwards from the bottom gas exchange dead center GUT to a top ignition dead center. A fuel-air mixture formed in the combustion chamber 2 is ignited shortly before the ignition top dead center.

Vorzugsweise wird der Kraftstoff mittels des im Brennraum und/oder des im Einlasskanal angeordneten Einspritzventils während des Ansaugtaktes und/oder während des Kompressionstaktes eingespritzt. In einem Expansionstakt bewegt sich der Kolben nach dem Zündzeitpunkt in einer Abwärtsbewegung bis zu einem unteren Totpunkt UT, wobei sich der Kolben in einem Ausschiebetakt in einer Aufwärtsbewegung bis zum oberen Ladungswechseltotpunkt GOT bewegt und dabei bei geöffneten Auslassventilen 13 die gebildeten Abgase aus dem Brennraum 2 ausschiebt.The fuel is preferably injected during the intake stroke and/or during the compression stroke by means of the injection valve arranged in the combustion chamber and/or in the intake port. In an expansion stroke, after the ignition point, the piston moves downwards to a bottom dead center BDC, with the piston moving upwards in an exhaust stroke to the top gas exchange dead center GOT and the exhaust gases formed are pushed out of the combustion chamber 2 with the exhaust valves 13 open .

In einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h., bei niedriger Drehzahl und/oder bei geringer Last, erfolgt die Luftansaugung über das erste Einlassventil 3. Im Teillastbereich wird das zweite Einlassventil 4 deaktiviert, indem beim zweiten Einlassventil 4 ein Null-Hub durch die variable Ventilsteuereinrichtung eingestellt wird. Hier wird das zweite Einlassventil mit einem ersten Nocken zur Einstellung eines Null-Hubes betätigt. Beim ersten Einlassventil 3 wird der erste Ventilhub 5 eingestellt. Das resultiert in eine unsymmetrische Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum, so dass hierdurch eine Drallströmung im Brennraum 2 generiert wird. Erfindungsgemäß ist der Nocken für das erste Einlassventil 3 derart ausgebildet, dass eine Ventilhubkurve 15 gemäß 2 gebildet wird. Folglich kommt ein Öffnungszeitpunkt 7 des ersten Einlassventils 3 vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt GOT zustande. Ein Schließzeitpunkt 9 des ersten Einlassventils 3 liegt erfindungsgemäß vor dem unteren Ladungswechseltotpunkt GUT. Die Einlassventile 3 und 4 weisen einen Durchmesser 11 auf, der größer als ein Durchmesser 12 der Auslassventile 13 ist. Vorzugsweise ist für die Auslassventile 13 jeweils ein Nocken an einer Auslassnockenwelle vorgesehen, mit dem beim jeweiligen Auslassventil 13 eine Ventilhubkurve 17 mit einem Ventilhub 14 eingestellt wird.In part-load operation of the internal combustion engine, i.e. at low speed and/or at low load, the air intake takes place via the first intake valve 3. In the partial-load range, the second intake valve 4 is deactivated by the variable valve control device setting a zero lift for the second intake valve 4 becomes. Here the second intake valve is actuated with a first cam to set a zero lift. The first valve lift 5 is set for the first intake valve 3 . This results in an asymmetrical inflow of the combustion air into the combustion chamber, so that a swirl flow is generated in the combustion chamber 2 as a result. According to the invention, the cam for the first intake valve 3 is designed such that a valve lift curve 15 according to 2 is formed. Consequently, an opening time 7 of the first intake valve 3 comes about before the gas exchange top dead center GOT. According to the invention, a closing point in time 9 of the first intake valve 3 is before the gas exchange bottom dead center GUT. The inlet valves 3 and 4 have a diameter 11 that is larger than a diameter 12 of the outlet valves 13 . A cam is preferably provided on an exhaust camshaft for each of the exhaust valves 13, with which a valve lift curve 17 with a valve lift 14 is set for the respective exhaust valve 13.

Bei einer Umschaltung vom Teillastbereich der Brennkraftmaschine zu einem Bereich mit höherer Drehzahl und/oder höher Motorlast wird erfindungsgemäß eine Aktivierung des zweiten Einlassventils 4 vorgenommen, indem die Betätigung des zweiten Einlassventils 4 mit einem zweiten Nocken erfolgt. Ein zweiter Ventilhub 6 des zweiten Einlassventils 4 kommt zustande. Erfindungsgemäß ist der zweite Nocken für das zweite Einlassventil 4 derart ausgebildet, dass eine Ventilhubkurve 16 gemäß 3 erfolgt. Der Ventilhub 6 des zweiten Einlassventils ist größer ausgebildet als der erste Ventilhub 5 des ersten Einlassventils 3. Der zweite Nocken des zweiten Einlassventils 4 ist an der Nockenwelle so positioniert, dass gemäß 3 ein Öffnungszeitpunkt 8 des zweiten Einlassventils 4 vor dem oberen Ladungswechseltotpunkt GOT und nach dem Öffnungszeitpunkt des ersten Einlassventils 3 zustande kommt. Hierdurch wird ein Mindestabstand zwischen den Einlassventilen im geöffneten Zustand und dem Kolben beibehalten, wenn sich der Kolben um den oberen Totpunkt nahe einem Brennraumdach befindet. Dabei liegt der Schließzeitpunkt 10 des zweiten Einlassventils 4 nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt GUT. Die nach Beendigung der Ansaugphase des ersten Einlassventils 3 noch andauernde Ansaugphase des zweiten Einlassventils 4 führt zur Bildung einer unsymmetrischen Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum 2 und somit zur Generierung einer gezielten Drallströmung im Brennraum 2.When switching from the part-load range of the internal combustion engine to a range with a higher speed and/or higher engine load, the second intake valve 4 is activated according to the invention by actuating the second intake valve 4 with a second cam. A second valve lift 6 of the second intake valve 4 comes about. According to the invention, the second cam for the second intake valve 4 is designed such that a valve lift curve 16 according to 3 he follows. The valve lift 6 of the second intake valve is designed to be larger than the first valve lift 5 of the first intake valve 3. The second cam of the second intake valve 4 is positioned on the camshaft in such a way that according to FIG 3 an opening time 8 of the second intake valve 4 before the gas exchange top dead center GOT and after the opening time of the first intake valve 3 comes about. This maintains a minimum clearance between the intake valves in the open state and the piston when the piston is near top dead center near a combustion chamber roof. The closing point in time 10 of the second intake valve 4 is after the gas exchange bottom dead center GOOD. The intake phase of the second intake valve 4, which continues after the end of the intake phase of the first intake valve 3, leads to the formation of an asymmetrical inflow of combustion air into the combustion chamber 2 and thus to the generation of a targeted swirl flow in the combustion chamber 2.

Die Brennkraftmaschine wird derart betrieben, dass beim Übergang vom Teillastbereich zum höheren Lastbereich eine Veränderung der Steuerzeiten, beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen oder hydraulischen Nockenwellenverstellers vorgenommen wird. Hierzu ist zumindest die Einlass-Nockenwelle mit dem Nockenwellenversteller verbunden, mit dem eine kontinuierliche Änderung der Steuerzeiten und somit eine beliebige Variierung des Schließzeitpunkts des jeweiligen Einlassventils bewirkt werden kann. Eine Verschiebung des Schließzeitpunkts des zweiten Einlassventils 4 wird dahingehend bewerkstelligt, dass ein späterer Schließzeitpunkt nach dem unteren Ladungswechseltotpunkt GOT zustande kommt. Somit bleibt das zweite Einlassventil 4 offen über eine längere Dauer als üblich während des Kompressionstaktes. Folglich kann ein Teil der angesaugten Frischluftmenge wieder in den Einlasskanal zurückgeschoben werden, so dass beim Umschalten vom Teillastbereich zum höheren Lastbereich die Zylinderfüllung im Brennraum nahezu unverändert bleibt und beliebig angepasst werden kann. Diese Steuerzeitveränderung kann vor und nach dem Umschalten mehrere Verbrennungszyklen andauern. Zusätzlich kann währenddessen auch eine gezielte Dosierung der Kraftstoffeinspritzung und/oder eine Verstellung des Zündzeitpunktes vorgenommen werden, mit der der bei diesen Zyklen zustande gekommene Drehmoment langsam und stetig ansteigt bzw. abnimmt. Somit wird ein spürbarer Drehmomentsprung während des Übergangs vom Teillastbereich zum höheren Lastbereich verhindert.The internal combustion engine is operated in such a way that the control times are changed during the transition from the partial load range to the higher load range, for example with the aid of an electric or hydraulic camshaft adjuster. For this purpose, at least the intake camshaft is connected to the camshaft adjuster, with which a continuous change in the control times and thus any variation in the closing time of the respective intake valve can be brought about. A shift in the closing time of the second intake valve 4 is brought about in such a way that a later closing time occurs after the gas exchange bottom dead center GOT. Thus, the second intake valve 4 remains open for a longer period than usual during the compression stroke. As a result, part of the intake fresh air can be pushed back into the intake port, so that when switching from the partial load range to the higher load range, the cylinder filling in the combustion chamber remains almost unchanged and can be adjusted as required. This timing change can last for several combustion cycles before and after the switch. In addition, a targeted metering of the fuel injection and/or an adjustment of the ignition point can also be carried out during this time, with which the torque that has come about during these cycles increases or decreases slowly and steadily. This prevents a noticeable jump in torque during the transition from the partial load range to the higher load range.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine unsymmetrische Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum bei allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine erzielt, so dass eine gezielte Drallströmung im Brennraum generiert wird. Folglich wird die Gemischbildung unterstützt, so dass der Verbrennungsprozess beschleunigt bzw. stabilisiert wird. Die Deaktivierung des zweiten Einlassventils 4 kann durch eine Umschaltung auf eine Nullhub-Nockenkontur erfolgen, die mit einem Grundkreis der Einlass-Nockenwelle identisch ist. Alternativ kann anstelle der Nullhub-Nockenkontur ein sehr kleiner Ventilhub durch einen kleinen Nocken gebildet werden, der deutlich kleiner als der erste Ventilhub 5 des ersten Einlassventils 3 ist. Bei einer höheren Lastanforderung der Brennkraftmaschine wird beim zweiten Einlassventil 4 die Ventilhubkurve 16 durch die Umschaltung auf den großen Nocken bewirkt. Wird das zweite Einlassventil 4 durch eine entsprechende Schalttasse auf das größere Nockenprofil geschaltet, wobei beim ersten Einlassventil 3 der erste Ventilhub 5 beibehalten wird, stellt sich wieder eine Drallströmung im Brennraum ein, in dem nach Schließen des ersten Ventils 3 die Frischluft tangential in den Brennraum über das zweite Einlassventil 4 in den Brennraum 2 hineinströmt. Eine Erhöhung der Zylinderfüllung kommt zustande, indem der Schließzeitpunkt des zweiten Einlassventils 4 im Bereich des unteren Ladungswechseltotpunkts GOT liegt. Während des Umschaltens wird ein resultierender Momentensprung dadurch verhindert, dass die Steuerzeiten mit Hilfe des Nockenwellenverstellers derart variiert werden, dass ein Teil der Zylinderfrischladung wieder in den Einlasskanal zurückgeschoben wird. Durch die Abstimmung der Nockenkonturen und die Steuerzeiten der beiden Einlassventile 3 und 4 kann in Verbindung mit einer gezielten Steuergerätprogrammierung der Schaltvorgang ohne Komfort- und Verbrauchseinbußen ausgeführt werden.The present invention achieves an asymmetrical inflow of the combustion air into the combustion chamber at all operating points of the internal combustion engine, so that a targeted swirl flow is generated in the combustion chamber. Consequently, mixture formation is supported so that the combustion process is accelerated or stabilized. The second intake valve 4 can be deactivated by switching to a zero-lift cam contour, which is identical to a base circle of the intake camshaft. Alternatively, instead of the zero-lift cam contour, a very small valve lift can be formed by a small cam, which is significantly smaller than the first valve lift 5 of the first intake valve 3 . In the event of a higher load requirement from the internal combustion engine, the valve lift curve 16 in the second intake valve 4 is brought about by switching to the large cam. If the second intake valve 4 is switched to the larger cam profile by a corresponding switching cup, with the first valve lift 5 being retained for the first intake valve 3, a swirl flow is restored in the combustion chamber, in which, after the first valve 3 has closed, the fresh air enters the combustion chamber tangentially flows into the combustion chamber 2 via the second intake valve 4 . The cylinder charge is increased when the closing time of the second intake valve 4 is in the region of the bottom gas exchange dead center GOT. During switching, a resulting jump in torque is prevented by varying the control times with the help of the camshaft adjuster in such a way that part of the cylinder fresh charge is pushed back into the intake port. By coordinating the cam contours and the control times of the two intake valves 3 and 4, in conjunction with targeted control unit programming, the shifting process can be carried out without any loss of comfort or consumption.

Claims

Internal combustion engine with at least one cylinder (1), in which a combustion chamber (2) is delimited between a piston and a cylinder head, an inlet duct, via which combustion air is supplied to the combustion chamber (2), and an outlet duct, via which exhaust gases from the combustion chamber ( 2) are discharged, with a first and a second inlet valve (3, 4) and at least one outlet valve (13) being provided in the combustion chamber (2), which are actuated by means of a valve control device in such a way that, to form a swirl flow in combustion chamber, a valve lift (5) can be set for the first intake valve (3), which differs from a valve lift (6) for the second intake valve (4), with a first valve lift (5) for the first intake valve (3) and a zero lift can be set for the second inlet valve (4), and in a higher load range of the internal combustion engine the first valve lift of the part-load range is maintained for the first inlet valve (3), a second valve lift (6) being adjustable for the second inlet valve (4), characterized in that the first valve lift (5) of the first inlet valve (3) is maintained at all operating points of the internal combustion engine, the valve lift (6) of the second inlet valve (4) being variable depending on the operating point of the internal combustion engine.

internal combustion engine claim 1 , characterized in that at least during the transition from the part-load range to the higher load range or vice versa, the control times of both inlet valves (3, 4) are selected in such a way that cylinder filling takes place at least during several working cycles or combustion cycles before and after switching from the part-load range to the higher load range or vice versa remains unchanged, so that a noticeable jump in torque of the internal combustion engine is prevented.

internal combustion engine claim 1 or 2 , characterized in that in the partial load range of the internal combustion engine for the second inlet valve (4) instead of the zero lift, a small valve lift can be set which is smaller than the first valve lift (5) of the first inlet valve (3).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the first valve lift (5) of the first inlet valve (3) is smaller than the second valve lift (6) of the second inlet valve (4).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that an opening time (7) of the first inlet valve (3) before the opening time (8) of the second inlet valve (4).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that a closing time (9) of the first inlet valve (3) before the closing time (10) of the second inlet valve (4).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the opening time (7) of the first intake valve (3) before a gas exchange top dead center (GOT) and the closing time (9) of the first intake valve (3) before a gas exchange bottom dead center (GUT).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the opening time (8) of the second intake valve (4) before the gas exchange top dead center (GOT) and the closing time (10) of the second intake valve (4) after the gas exchange bottom dead center (GUT).

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the fuel injection takes place by means of a fuel injection valve positioned in the combustion chamber and/or by means of a fuel injection valve positioned in the intake port.

Internal combustion engine according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that at least one intake valve (4) and/or at least one exhaust valve (13) can be actuated by means of a switchable cup or a sliding cam device, the intake and/or exhaust camshafts each being connected to a camshaft adjuster.