AT500926A2

AT500926A2 - Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT500926A2
Application number: AT0003306A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2006-04-15
Also published as: AT500926A3; AT500926B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Zylinder mit einem hin- und hergehenden Kolben und zumindest zwei Einlassventilen je Zylinder und einer dachförmigen Brennraumdeckfläche im Zylinderkopf, wobei die zu den Einlassventilen führenden Einlasskanäle eine Tumbleströmung im Brennraum erzeugen, wobei die Hauptströmungsrichtungen der über die Einlassventile in den Brennraum eingesaugten Teilströme mit einer durch die Zylinderachsen einer Zylinderreihe bestimmten Längsebene je einen spitzen Winkel einschliessen, sowie mit zumindest einem Auslasskanal je Zylinder.
Aus der EP 444 018 AI ist eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlasskanälen je Motorzylinder und dachförmigen Begrenzungsflächen bekannt,

wobei die Hauptströmungsrichtungen der über die Einlasskanäle in den Brennraum angesaugten Teilströme mit der Längsmotorebene einen spitzen Winkel einschliessen. Der Winkel eines Teilstromes eines Einlasskanals ist um 10 bis 40[deg.] grösser als der Winkel eines Teilstromes des anderen Einlasskanals. Beide Einlasskanäle sind dabei auf gutes Luftdurchsatzverhalten ausgelegt. Die unterschiedliche Kanalgestaltung bewirkt eine Kombination aus Tumble- und Drallbewegung im Brennraum, wodurch gute Drallzahlen bei hohen Durchsätzen erreicht werden.
Aus der JP 2003-206827 A ist eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen, einer mittigen Zündkerze, sowie einer seitlich angeordneten Einspritzeinrichtung bekannt. Die Einspritzeinrichtung weist sieben Einspritzöffnungen an der Injektorstirnseite auf.

Der Einspritzstrahl der geneigt bezüglich der Zylinderachse angeordneten Einspritzeinrichtung ist - im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens - in eine Kolbenmulde des Kolbens gerichtet. Der zerstäubte Kraftstoff wird durch die Wandoberfläche der Kolbenmulde um die Zündkerze geleitet, wobei eine Ladungsschichtung entsteht. Die sieben Einspritzöffnungen sind elliptisch an der Injektorstirnseite angeordnet. Die Kraftstoffwolke schliesst in einer Seitenansicht auf die Einspritzeinrichtung einen Winkel zwischen 25 und 35[deg.] und in einen Grundriss ein Winkel zwischen 35 und 45[deg.] ein.

Dadurch kann bei kleinen Kraftstoffmengen Zündstabilität und eine gute Verbrennung bis zu hohen Lasten realisiert werden und im Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbereich eine Rauchzunahme vermieden werden.
Derzeitige aufgeladene Brennkraftmaschinen weisen relativ hohe Verbrauche im Volllastbereich auf. Grund ist ein relativ niedriges Verdichtungsverhältnis (Klopfen), sowie ein hoher Anfettungsbedarf im Bereich der Volllast zur Absenkung der Abgastemperaturen vor der Turbine auf ein technisch mögliches Mass.
Seit der Einführung der Direkteinspritzung tritt das Problem der Ölverdünnung verstärkt auf.

Der eingespritzte Kraftstoff benetzt die Zylinderwand und gelangt in die Ölwanne.
Ein weiteres Problem bei Turbomotoren ist das Anspringverhalten des Katalysators infolge der thermischen Masse der Turbine.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader den Kraftstoffverbrauch im Volllastbereich weiter zu senken.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Tumblezahl zwischen 1,2 und 2, vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,9, beträgt.
Bekannte Brennkraftmaschinen weisen bedeutend geringere Tumble-Zahlen auf. Bei bekannten Saugmotoren werden Tumble-Zahlen zwischen etwa 0,3 und 0,8, bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen Tumble-Zahlen zwischen etwa 0,5 bis 1,1 erreicht.

Die bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine vorgesehenen hohen Tumble-Zahlen erlauben hohe Turbulenz im Brennraum und eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Winkel der Hauptströmungsrichtungen der Teilströme zur Längsebene durch die Formgebung der Einlasskanäle bestimmt sind, wobei jeweils die Achse des Einlasskanales, zumindest knapp vor dem Einlassventil, mit der Achse des Einlassventiles einen spitzen Winkel, vorzugsweise grösser als 10[deg.], einschliesst.

Die Hauptströmungsrichtungen beider Teilströme können dabei mit der Längsebene den gleichen spitzen Winkel, vorzugsweise grösser als 10[deg.], einschliessen, wobei vorteilhafter Weise die Einlasskanäle - in Richtung der Längsebene betrachtet - deckungsgleich ausgebildet sein können.
Die Tumbleströmung strömt in einem auslassseitigen Zylindersegment von der Brennraumdeckfläche in Richtung Kolben, welches sich über einen Winkel [delta] kleiner als 180[deg.], vorzugsweise zwischen 60[deg.] und 120[deg.], erstreckt.
Zur Verstärkung der Ladungsbewegung ist es vorteilhaft, wenn jeder Einlasskanal unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzringes eine eingeformte Strömungsabrisskante aufweist.

Jede Strömungsabrisskante kann durch eine Verschneidung des im wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles des Einlasskanales mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorzugsweise konischen Wandabschnitt im Bereich des Ventilsitzringes gebildet sein. Der ko nische Wandabschnitt wird beispielsweise durch einen koaxial zur Ventilsitzringachse zugestellten Kontrollfräser eingearbeitet, wobei vorzugsweise der Kontrollfräser zumindest einen kegeligen, zylindrischen und/oder gekrümmten Mantelbereich aufweist.
Weiters ist es zur Verstärkung der Tumble-Bewegung vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Einlasskanals bis in den Bereich der Strömungsabrisskante, zumindest in einer Richtung, düsenartig verengt ist.
Es kann vorgesehen sein,

dass die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen aus den auf der zweiten Seite angeordneten Einspritzöffnungen den Ventilteller zumindest eines geöffneten Einlassventils schneidet, wobei vorzugsweise die theoretische Strahlform den Ventilteller des Einlassventils ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8fachen des maximalen Ventilhubes schneidet. Die theoretische Strahlform schneidet das Einlassventil bevorzugt in einem Bereich der Umfangslinie des Ventiltellers, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt.

Zur Realisierung einer Feinzerstäubung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauches ist es vorteilhaft, wenn die gedachten äusseren Strahlmittellinien der Kraftstoffeinspritzstrahlen - in einem die Injektorachse beinhaltenden Längsschnitt durch den Zylinder betrachtet - einen ersten Strahlwinkel zwischen 30[deg.] bis 50[deg.], vorzugsweise zwischen 35[deg.] und 40[deg.], aufspannen, wobei vorzugsweise die äusseren gedachten Strahlmittellinien der Einspritzstrahlen - in einer Vorderansicht auf den Injektor betrachtet - einen zweiten Einspritzwinke! zwischen etwa 40[deg.] und 70[deg.], vorzugsweise zwischen 50[deg.] und 60[deg.] aufspannen.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt durch zumindest einen Abgasturbolader aufgeladen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig.

1 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einem Querschnitt durch einen Zylinder, Fig. 2 einen Zylinder mit schematisch angedeuteten Einspritzstrahlen, Fig. 3 die Einspritzstrahlen aus der Richtung III - III in Fig. 2, Fig. 4 eine Stirnansicht auf die Einspritzstrahlen, Fig. 4a eine Stirnansicht auf einen Injektor mit fünf Einspritzöffnungen, Fig. 5 eine Seitenansicht auf eine Einspritzeinrichtung und die Einspritzstrahlen, Fig. 6 einen Einlasskanal der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine in einem Schnitt, Fig. 7 ein Diagramm mit geometrischen Parametern des Einlasskanals, Fig. 8 einen Zylinder der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine während einer ersten Einspritzung, Fig. 9 den Zylinder während einer zweiten Einspritzung, Fig. 10 die Anordnung der Gaswechselkanäle und der Einspritzeinrichtung in einem Längs schnitt, Fig.

11 die Anordnung der Gaswechselkanäle und der Einspritzeinrichtung in einer Draufsicht, Fig. 12 eine Einspritzung mit benetztem Einlassventil in einer Seitenansicht, Fig. 13 diese Einspritzung in einer Draufsicht, Fig. 14 einen Längsschnitt durch einen Zylinderraum mit ermittelter Tumbleströmung und Fig. 15 einen Querschnitt durch den Zylinderraum mit eingetragenem Strömungsfeld.
Im Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine sind Einlasskanäle 2 und Auslasskanäle 3 angeordnet. Die Einlasskanäle 2 münden über zwei Einlassventile 4 in den Brennraum 5 ein, welcher durch einen Zylinder 6, einen hin- und hergehenden Kolben 7 und eine durch den Zylinderkopf 1 gebildeten dachförmige Brennraumdeckfläche 8 gebildet ist. Im Zylinderkopf 1 ist weiters pro Zylinder 6 eine Zündeinrichtung 9 annähernd zentral, sowie eine Einspritzeinrichtung 10 seitlich angeordnet.

Die Längsachse 10a der Einspritzeinrichtung 10 schliesst mit der Zylinderkopfdichtebene la einen Winkel [epsilon] zwischen 20[deg.] bis 35[deg.] ein.
Die Einspritzeinrichtung 10 weist an ihrer Injektorstirnseite 11 zumindest fünf Einspritzöffnungen 12 auf, welche so bemessen und/oder angeordnet sind, dass ein Flächenanteil der Gesamtfläche aller Einspritzöffnungen von mindestens 65% und/oder ein Massenanteil von zumindest 65% des eingespritzten Kraftstoffes auf der dem Kolben 7 zugewandten ersten Seite 13 einer Referenzebene 30 durch die Gesamtstrahlmittelachse 31 zugewiesen ist.

Die Referenzebene 30 steht normal auf eine durch die Gesamtstrahlmittelachse 31 und die Längsa vr[iota][Lambda] iCbOc l 1 ud *3 jd C [iota]_[iota] [iota] IoOJJI i I "--C[Lambda]iI I[Lambda] [iota] [iota] [iota] IV-<,>I l^i"'u ' "i lyi 1 JL OU ü 3 'u rfi yr r coj>[alpha]3 ri [iota] nr[Lambda] IlL-[Lambda]CI I _ LZIu-tt-k ru-ts^ " _3[iota]-T_ .<»>-/ *i!t Mu ifi l ivöor"*'u - Ti iy"<1>der einzelnen Einspritzstrahlen 15 erfolgt derart, dass eine zusammenhängende Kraftstoffwolke 16 ohne sichtbare Trennung in Einzelstrahlen ab einer Entfernung a von etwa 10 mm bis 20 mm - von der Strahlwurzel 17 aus gesehen - gebildet wird. Die Verteilung der Kraftstoffdichte in der Strahlwolke 16 entspricht im Wesentlichen der geometrischen Anordnung der Einspritzöffnungen 12 der Einspritzeinrichtung 10.

Die Einspritzöffnungen 12 sind bevorzugt asymmetrisch bezüglich der Referenzebene angeordnet. Bei einem Injektor mit sieben Einspritzöffnungen 12 sind beispielsweise auf der ersten Seite 13 drei, auf der zweiten Seite 14 zwei und in der Referenzebene 31 ebenfalls zwei Einspritzöffnungen 12 angeordnet (Fig. 4). Die Fig. 4a zeigt eine Injektorstirnseite 11 eines Injektors mit fünf Einspritzöffnungen 12, wobei drei Einspritzöffnungen auf der ersten Seite 13 und zwei Einspritzöffnungen 12 auf der zweiten Seite 14 der Referenzebene 30 angeordnet sind.

Die Einspritzstrahlen 15a durch die Einspritzöffnungen 12 auf der ersten Seite 13 können gebündelt sein.
Die gedachten Strahlmittellinien 15b' der Einspritzstrahlen 15b, welche durch auf der dem Kolben 7 abgewandten zweiten Seite 14 der Referenzebene 30 in den Brennraum 5 eingespritzt werden, schneiden die Mantellinie 6a des Zylinders 6 in - 5 -
einen Bereich von etwa 30 % bis 45 % der Hublänge L des Kolbens 7, vom oberen Totpunkt des Kolbens 7 gemessen.

Der Projektionsbereich der oberen Kraftstoffstrahlen 15 am Zylindermantel 6' ist mit Bezugszeichen 18 bezeichnet.
Die gedachten Strahlmittellinien 15a' der unteren Einspritzstrahlen 15a, welche durch Einspritzöffnungen 12 strömen, die auf der dem Kolben 7 zugewandten ersten Seite 13 der Referenzebene 30 angeordnet sind, schneiden eine in halber Hubhöhe des Kolbens 7 angenommene Normalebene 19 auf die Zylinderachse 6a in einem einlassseitigen Bereich 20, der etwa 30 % bis 50 % des Zylinderdurchmessers D entspricht.
Die theoretische Strahlform der oberen Einspritzstrahlen 15a bestreicht dabei jeweils Sektoren der Ventilteller 4a der Einlassventile 4 in der Grössenordnung zwischen einem Drittel und einem Sechstel des Umfanges, allerdings erst bei Ventilhüben grösser als das 0,6 bis 0,8fache des maximalen Ventilhubes,

vom geschlossenen Ventil ausgehend gemessen.
Die Einlasskanäle 2 weisen eine fixe Geometrie auf, welche so gestaltet ist, dass ein hohes Niveau an Ladungsbewegung im Brennraum 5 ermöglicht wird.
Vorzugsweise beträgt der die Tumble-Zahl zwischen 1,2 und 2, besonders vorzugsweise 1,4 bis 1,9.
Die Bestimmung der Tumble-Zahl wird beispielsweise in der AT 004.097 Ul beschrieben.
Aus dem, beispielsweise durch differenzielle Messmethode mittels Laser-DopplerAnemometrie gemessenen Strömungsfeld wLDAwird ein Tumble-Kennwert [omega]FKdurch [omega]Motberechnet. Zunächst wird aus dem Strömungsfeld wLDA, also den gemessenen axialen Geschwindigkeiten in Richtung der Zylinderachse 6a eine mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit w berechnet.

Durch Reduktion des Strömungsfeldes wLDAum die mittlere Geschwindigkeit w folgt das reduzierte, quasi-rotierende Strömungsfeld w, unter Annahme einer Tumble-Achse 111, die die Zylinderachse 6a schneidet und senkrecht auf die Zylinderachse 6a des Zylinders 6 steht. Es gilt somit:
<W>, =<W>LDA ¯<W>- ( ! )
Aus diesem reduzierten Strömungsfeld wtberechnet sich die Winkelgeschwindigkeit [omega]tin jedem Messpunkt i wie folgt: w [omega], = - , (2)<r>, wobei rtder Abstand des Messpunktes i von der Tumble-Achse 111 ist.

Ist jedem Messpunkt i das Flächenelement flzugeordnet, so ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit [omega]FKder gesamten Tumble-Bewegung durch die Gleichung
[infinity]FK = ^2,<->(<3>)
[sum]<r>,<->/,
Daraus kann der Tumble-Kennwert wie folgt berechnet werden:
Tumble - Kennwert - - - , (4)<[omega]>Mot wobei [omega]Mo, die Motorwinkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine ist.
Werden die Tumble-Kennwerte für mehrere Ventilhübe des Einlassventiles 4 des Einlasskanales 2 bestimmt, so kann mittels Integration über den Kurbelwinkel a die Tumble-Zahl berechnet werden, wobei die Tumble-Kennwerte mit der Kolbengeschwindigkeit c gewichtet werden:
1<[pi]>
Tumble - Zahl = - j - -<[pi]>a<[omega]>Mot r t \\ [sigma] t \
(a)
2
V<C>m J da. (5)
Figur 13 zeigt ein typisches Messergebnis des Messverfahrens, eingetragen in einem Querschnitt durch den Zylinder 6.

Es zeigt eine durch Einlasskanäle 2 erzeugte Strömungsstruktur in einem Zylinder 6 als normierte Strömungsfelder. Es sind die Einlassventile 4 in ihrer Lage zum Zylinder 6 dargestellt. Weiters ist die Motorlängsachse 114 eingezeichnet. Die Tumble-Achse 111 ist als Vektorpfeil mit angedeutetem Drehsinn angegeben. Die Messpunkte i sind in einem hexagonalem Gitter angeordnet, sodass die Flächenelemente flalle gleich sind. Die Richtung und Grösse der Winkelgeschwindigkeiten [omega]lin jedem Flächenelement ftist durch die Neigung und Dichte der Schraffur angedeutet. Rechts geneigte Schraffur bedeutet dabei nach abwärts gerichtete Strömung, links geneigte Schraffur symbolisiert eine nach aufwärts gerichtete Strömung. Die Dichte der Schraffur ist proportional zur Grösse der Geschwindigkeit.

Im Bereich der Längsachse 114 herrscht die geringste Strömungsgeschwindigkeit, was durch schraffurlose hexagonale Flächenelemente flwiedergegeben ist. Das in Fig. 13 dargestellte berechnete Strömungsprofil entspricht der in Fig. 12 dargestellten Tumble-Strömung T zufolge der Einlassströmung E.
Zur Veranschaulichung sind in Fig. 13 nur 37 Messpunkte pro Messebene eingetragen.

Um reproduzierbare Messergebnisse zu erhalten, sollten in der Praxis allerdings mindestens 200 Messpunkte je Messebene verwendet werden.
Zum Erreichen der genannten hohen Tumble-Zahlen zwischen 1,2 und 2 sind mehrere Faktoren ausschlaggebend:
Beide Einlasskanäle 2 sind tumbleerzeugend ausgebildet und weisen eine derartige Kanalgestaltung auf, dass die Winkel [phi] der Hauptströmungsrichtungen 40 der über die Einlassventile 4 in den Brennraum 5 strömenden Teilströme E zur durch die Zylinderachsen 6a aufgespannten Längsebene 6b durch die Formgebung der Einlasskanäle 2 bestimmt sind. Die Achse 2<'>jedes Einlasskanales 2 schliesst, zumindest knapp vor dem Einlassventil 4, mit der Achse 4b des Einlassventiles 4 einen spitzen Winkel p ein.

Die Hauptströmungsrichtungen 40 der beiden Teilströme E schliessen mit der Längsebene 6b den gleichen spitzen Winkel v ein, wobei die Einlasskanäle 2 - in Richtung der Längsebene 6b betrachtet deckungsgleich ausgebildet sein können. Die Winkel p und v sind bevorzugt grösser als 10[deg.]. Die Einlasskanäle können somit im wesentlichen gespiegelt (gleich) gestaltet sein.
Die Tumble-Bewegung T strömt auf der den Einlassventilen 4 gegenüberliegenden Seite innerhalb eines Zylindersegmentes von der Brennraumdeckfläche 8 in Richtung des Kolbens 7. Das Zylindersegment erstreckt sich über einen Winkel [delta]< 180[deg.], der vorzugsweise zwischen 60[deg.] und 120[deg.] beträgt (Fig. 13).
Eine weitere Erhöhung der Ladungsbewegung lässt sich durch eine konische Gestaltung des Einlasskanals 2 erreichen, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist.

Der Einlasskanal 2 ist dabei zwischen einem ersten Querschnitt 21 im Bereich des Einlasskanalflansches und einem zweiten Querschnitt im Bereich einer Abrisskante 23 mit sich verjüngender Querschnittfläche A ausgebildet. Die Querschnittfläche A ist in Fig. 7 entlang der Einlasskanalachs[epsilon] x aufgetragen. Aus dem Diagramm geht hervor, dass im Bereich 22 des engsten Querschnittes der Durchflussquerschnitt A nur mehr zwischen 65 % und 90 % der Querschnittsfläche A im Bereich der Einlassflanschfläche 21 beträgt. Der Bereich 22 ergibt sich durch den Schnittpunkt einer normal auf die Kanalmittellinie gebildeten Schnittebene an der Stelle der Abrisskante 23 mit der Kanalmittellinie.

Bis in den Bereich 22 ist der Einlasskanal 2 somit düsenartig verengt.
Die Strömungsabrisskante 23 ist durch eine Verschneidung des im Wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles 2a des Einlasskanals 2 mit einem konischen, sich in Strömungsrichtung erweiternden Wandabschnitt 2b im Bereich des Ventilsitzringes 24 gebildet. Der konische Wandbereich 2b ist durch einen konischen oder gestuft konischen Kontrollfräser 25 gebildet. Der Kontrollfräser 25 kann dabei einen zylindrischen und konischen Bereich aufweisen. Er kann auch einen abgerundeten Mantelbereich aufweisen, der in den konischen Bereich übergeht. Es ist auch möglich, dass der Kontrollfräser 25 - im Profil betrachtet - einen Bereich mit einem kleinen Radius aufweist, der in einen Bereich mit einem grösseren Radius übergeht.

Der Bereich mit dem grösseren Radius formt somit einen Konus mit gekrümmten Mantelflächen.
- 8 -
Der durch die äussersten Strahlmittellinien 15' aufgespannte erste Strahlwinkel ss beträgt - in einer Vorderansicht gemäss dem Pfeil III in Fig. 2 betrachtet - etwa zwischen 50[deg.] bis 60[deg.]. In einer Seitenansicht gemäss Fig. 5 beträgt der durch die Mittellinien 15a' und 15b' der äussersten oberen und unteren Einspritzstrahlen 15a, 15b aufgespannte zweite Strahlwinkel [gamma] etwa30[deg.] bis 40[deg.].
Durch die beschriebene Gestaltung der Einspritzeinrichtung 10 wird verhindert, dass einzelne Kraftstoffstrahlen 15 direkt auf den Zylinder 6 auftreffen und das Schmieröl verdünnen. Weiters wird eine exzessive Beaufschlagung der Oberfläche des Kolbens 7 verhindert, welche zur Rauchbildung führen würde.

Durch die spezielle Kombination der Ladungsbewegung, der Injektorgeometrie, sowie Optimierung von steuerungstechnischen Parametern, wie Einspritzdruck und Einspritzzeitpunkt, lässt sich die Ölverdünnung auf das Niveau von saugrohreinspritzenden Brennkraftmaschinen absenken.
Weiters lässt sich durch Kombination des Injektors 10 mit einem geeigneten Kolben 7 erreichen, dass während der Aufheizphase des Katalysators mit Doppeleinspritzung gefahren werden kann. Ein geeigneter Kolben 7 weist beispielsweise eine tropfenförmige Kolbenmulde auf, wie etwa in der EP 1 362 996 AI beschrieben ist, welche durch Referenz in die Anmeldung eingeführt wird.
Die Figuren 8 und 9 zeigen die zweimalige Einspritzung.

Figur 8 zeigt eine erste Einspritzung während eines Einlasstaktes, Fig. 9 eine zweite Einspritzung während des Verdichtungstaktes 20[deg.] bis 70[deg.] vor dem oberen Totpunkt der Zündung.
Durch teilweise Benetzung des Einlassventiltellers während einer Einspritzung lässt sich eine Interaktion von Einlassventil 4 und Kraftstoff strahl 15 erreichen, wie in Fig. 12 und 13 angedeutet ist.

Die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen 15 der zweiten Seite 14 schneiden den Ventilteller 4a zumindest eines geöffneten Einlassventils 4 ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8-fachen des maximalen Ventilhubes in einem Bereich 43 der Umfangslinie des Ventiltellers 4a, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt.
Durch die beschriebenen Massnahmen stellt sich im Bereich der Zündeinrichtung 9 ein leicht fettes Gemisch ein, während im gesamten Brennraum ein leicht mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Bei Optimierung von Betriebsparametern, wie Steuerzeiten, Einspritzzeitpunkten und Einspritzaufteilung lassen sich die Kohlenwasserstoffrohemissionen um bis zu 50 % absenken.

Dies ermöglicht es wiederum, einen kostengünstigeren Katalysator zu verwenden, welcher weiter entfernt von der Brennkraftmaschine positioniert werden kann, wodurch der Anfettungsbedarf sinkt. Dies ermöglicht es, extrem niedrige Emissionsstufen
9 -
# ohne weitere Massnahmen, wie zum Beispiel variable Ladungsbewegung zu erzielen.
Die hohe Ladungsbewegung erlaubt an der Teillast den Betrieb mit hoher interner oder externer Abgasrückführung. Dadurch lässt sich der spezifische Kraftstoffverbrauch absenken. Wiederum ist keine Zusatzmassnahme wie variable Ladungsbewegung nötig. Durch Auslassmaskierung lässt sich ohne zusätzliche Bauteile sogar eine variable Ladungsbewegung integrieren.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Zylinder (6) mit einem hin- und hergehenden Kolben (7) und zumindest zwei Einlassventilen (4) je Zylinder (6) und einer dachförmigen Brennraumdeckfläche (8) im Zylinderkopf (1), wobei die zu den Einlassventilen (4) führenden Einlasskanäle (2) eine Tumbleströmung (T) im Brennraum (5) erzeugen, wobei die Hauptströmungsrichtungen (40) der über die Einlassventile (4) in den Brennraum (5) eingesaugten Teilströme (E) mit einer durch die Zylinderachsen (6a) einer Zylinderreihe bestimmten Längsebene (6b) je einen spitzen Winkel ([phi])einschliessen, sowie mit zumindest einem Auslasskanal (3) je Zylinder (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Tumblezahl zwischen 1,2 und 2, vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,9, beträgt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel ([phi]) der Hauptströmungsrichtungen (40) der Teilströme (E) zur Längsebene (6b) durch die Formgebung der Einlasskanäle (2) bestimmt sind, wobei jeweils die Achse (2<'>) des Einlasskanales (2), zumindest knapp vor dem Einlassventil (4), mit der Achse (4b) des Einlassventiles (4) einen spitzen Winkel (p) einschliesst, wobei vorzugsweise der Winkel (p) grösser als 10[deg.] ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungsrichtungen (40) beiden Teilströme (E) mit der Längsebene (6b) den gleichen spitzen Winkel (v) einschliessen, wobei vorzugsweise die Einlasskanäle (2) - in Richtung der Längsebene (6b) betrachtet - deckungsgleich ausgebildet sind, und wobei besonders vorzugsweise der Winkel (v) grösser als 10[deg.] ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlasskanal (2) unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzringes (41) eine eingeformte Strömungsabrisskante (23) aufweist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrisskante (23) durch eine Verschneidung des im wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles (2a) des Einlasskanales (2) mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorzugsweise konischen Wandabschnitt (2b) im Bereich des Ventilsitzringes (41) gebildet ist.*

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Wandabschnitt (2b) durch einen koaxial zur Ventilsitzringachse (41a) zugestellten Kontrollfräser eingearbeitet ist, wobei vorzugsweise der Kontrollfräser zumindest einen zylindrischen, kegeligen und/oder gekrümmten Mantelbereich aufweist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Einlasskanals (2) im Bereich der Strömungsabrisskante (23), zumindest in einer Richtung, düsenartig verengt ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumbleströmung (T) in einem auslassseitigen Zylindersegment von der Brennraumdeckfläche (8) in Richtung Kolben (7) strömt, welches sich über einen Winkel ([delta]) kleiner als 180[deg.], vorzugsweise zwischen 60[deg.] und 120[deg.], erstreckt.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zumindest einem von der Zylinderachse (6a) beabstandeten und zu dieser geneigt angeordneten Injektor (10) mit zumindest fünf Einspritzöffnungen (12), dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen (15) der zweiten Seite (14) den Ventilteller (4a) zumindest eines geöffneten Einlassventils (4) schneidet.

10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform den Ventilteller (4a) des Einlassventils (4) ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8-fachen des maximalen Ventilhubes schneidet.

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform das Einlassventil (4) in einem Bereich (43) der Umfangslinie des Ventiltellers (4a) schneidet, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt.

- 11 -

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachten äusseren Strahlmittellinien (15a', 15b') der Kraftstoffeinspritzstrahlen (15) - in einem die Injektorachse (10a) beinhaltenden Längsschnitt durch den Zylinder (6) betrachtet - einen ersten Strahlwinkel (ss) zwischen 30[deg.] bis 50[deg.], vorzugsweise zwischen 35[deg.] und 40[deg.], aufspannen.

13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren gedachten Strahlmittellinien (15') der Einspritz strahlen - in einer Vorderansicht auf den Injektor (10) betrachtet - einen zweiten Einspritzwinkel ([gamma]) zwischen etwa 40[deg.] und 70[deg.], vorzugsweise zwischen 50[deg.] und 60[deg.] aufspannen.

14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine vorzugsweise über zumindest einen Abgasturbolader aufgeladen ist.

2006 01 10 Fu/Ik/Sc <EMI ID=12.1>

Patentanwalt DiD'.-ln[sigma] Maq. Michael Babelul

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