DE102007053890B4 - Internal combustion engine with auto-ignition - Google Patents

Internal combustion engine with auto-ignition Download PDF

Info

Publication number
DE102007053890B4
DE102007053890B4 DE102007053890.3A DE102007053890A DE102007053890B4 DE 102007053890 B4 DE102007053890 B4 DE 102007053890B4 DE 102007053890 A DE102007053890 A DE 102007053890A DE 102007053890 B4 DE102007053890 B4 DE 102007053890B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
swirl
internal combustion
combustion engine
piston
valve lift
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102007053890.3A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007053890A1 (en
Inventor
Ekkehard Pott
Bernd Hahne
Robin van Haelst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority to DE102007053890.3A priority Critical patent/DE102007053890B4/en
Publication of DE102007053890A1 publication Critical patent/DE102007053890A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007053890B4 publication Critical patent/DE102007053890B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F02B3/10Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition with intermittent fuel introduction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/06Valve members or valve-seats with means for guiding or deflecting the medium controlled thereby, e.g. producing a rotary motion of the drawn-in cylinder charge
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L2003/25Valve configurations in relation to engine
    • F01L2003/253Valve configurations in relation to engine configured parallel to piston axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0696W-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder wall
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Verbrennungsmotor (101) mit Selbstzündung mit einem Motorblock (102) mit zumindest einem Zylinder (306, 402) und einem diesen zugeordneten Kolben, einem Einspritzsystem (104) zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder (306, 402) sowie einerEinlasseinrichtung (103, 310) für Ladeluft mit zumindest einem Einlasskanal (404) und einem diesem zugeordneten Einlassventil und einerAuslasseinrichtung (105) für Abgas mit zumindest einem Auslasskanal und einem diesem zugeordneten Auslassventil und einem anschließendem Abgassystem (106) mit Partikelfilter (107)wobei der Zylinder (306, 402) einen Zylinderkopf und der Kolben einen Kolbenkopf (201) aufweist und Zylinderkopf und Kolbenkopf (201) Innenflächen eines Brennraumes bildenund in der Oberfläche des Kolbenkopfs (202) eine Kolbenmulde (206) mit einem Muldenrand (208) angeordnet ist, wobei bei einem auf einen Kreis normierten Muldenrand (208) das Verhältnis von Muldenranddurchmesser (203) zu Kolbendurchmesser (204) größer 0,55 ist oder bei einer zu 90% gefüllten Kolbenmulde (206) bei einer auf einen Kreis normierten Füllfläche das Verhältnis der Füllfläche zur Kolbenquerschnittsfläche > 0,30 istein Einlasskanal (404) als Drallkanal (301) mit einem zugeordneten Drallkanalventil ausgebildet ist, wobei die Einlassströmung in den Brennraum einen Drall erhält,dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen ausgewählten Zylinder (306, 402)die Einlassströmung bei zumindest einem Ventilhub Vh zwischen 2 mm und Vhh = 0,5Vhm eine Drallanhebung mit einer ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D einen Wert > 0,3 aufweist, wobei Vhm den maximalen Ventilhub oder insbesondere einen Wert Vhm = 8mm bezeichnet,die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh = 2 mm und Vhh = 0.5Vhm eine Drallanhebung mit einer normierten integralen Tippelmann-Drallzahl Di einen Wert > 0,40/mm aufweist oderdie Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen 2 mm und Vhh = 0,5Vhm eine Drallanhebung aufweist, derart, dass bei einer Vermessung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D in Abständen von 0,5 mm die mittlere Tippelmann-Drallzahl Dm für mindestens ein Ventilhubintervall DeltaV = 1mm einen Wert ≥ 0,4 aufweist.An internal combustion engine (101) with auto-ignition having an engine block (102) with at least one cylinder (306, 402) and a piston associated therewith, an injection system (104) for direct fuel injection into the cylinder (306, 402) and an intake device (103, 310). for charge air with at least one inlet channel (404) and an inlet valve associated therewith and exhaust gas outlet means (105) having at least one outlet channel and an outlet valve associated therewith and a downstream exhaust system (106) with particulate filter (107) the cylinder (306, 402) a cylinder head and the piston has a piston head (201) and the cylinder head and piston head (201) inner surfaces of a combustion chamber and in the surface of the piston head (202) a piston recess (206) is arranged with a trough edge (208), wherein at one on a circle Normalized bowl rim (208) the ratio of bowl rim diameter (203) to piston diameter (204) greater than 0.55 i or with a 90% filled piston recess (206) with a filling surface normalized to a circle, the ratio of the filling surface to the piston cross-sectional area> 0.30 is an inlet channel (404) designed as a swirl channel (301) with an associated swirl channel valve, the inlet flow in the combustion chamber receives a swirl, characterized in that for at least one selected cylinder (306, 402) the intake flow at at least one valve lift Vh between 2 mm and Vhh = 0.5Vhm a swirl increase with a Ventilhubabhängigen Tippelmann swirl number D a value> 0, 3, where Vhm denotes the maximum valve lift or, in particular, a value Vhm = 8mm, the intake flow in a valve lift range between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5Vhm a swirl increase with a normalized integral Tippelmann swirl Di numbering> 0.40 / mm or the inlet flow has a swirl lift in a valve lift range between 2 mm and Vhh = 0.5 Vhm, in a measurement of the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D at intervals of 0.5 mm, the mean Tippelmann swirl number Dm has a value ≥ 0.4 for at least one valve lift interval DeltaV = 1 mm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Selbstzündung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The present invention relates to an internal combustion engine with auto-ignition according to the preamble of the independent claim.

Zur Erfüllung heutiger und zukünftiger strenger Emissionsgrenzwerte für Diesel-Pkw ist der Einsatz verschiedener Technologien bekannt, die eine Abstimmung relativ vieler inner- und außermotorischer Maßnahmen zur Emissionsreduzierung beinhalten, Bekannte motorische Maßnahmen zur Reduzierung der Rohemissionen betreffen das Brennverfahren (Brenngestaltung, Kanalform, Drall der Einlassströmung), Einstellung des Lambdawertes, Einspritzzeitpunkt und Abgasrückführung, Einspritzsystem (Anpassung des Einspritzverlaufs), Abgasrückführung, Aufladung, Ladeluftkühlung, Wassereinspritzung. Außermotorische Abgasnachbehandlungsmaßnahmen umfassen den Einsatz von Partikelfiltern, Oxidationskatalysatoren und NOx-Katalysatoren.To meet today's and future stringent emission limits for diesel passenger cars, the use of various technologies is known, which include a vote of relatively many internal and external engine measures to reduce emissions. Known engine measures to reduce the raw emissions related to the combustion process (combustion design, channel shape, swirl of the inlet flow ), Adjustment of the lambda value, injection timing and exhaust gas recirculation, injection system (adaptation of the injection curve), exhaust gas recirculation, charging, intercooling, water injection. Non-exhaust aftertreatment measures include the use of particulate filters, oxidation catalysts, and NOx catalysts.

Bekannt ist auch, dass bei Dieselmotoren Maßnahmen, die die Rußemissionen reduzieren, dazu tendieren, die Strickoxidemissionen zu erhöhen. Während es noch für die Einhaltung der Euro4-Abgasgrenzwerte möglich war, bei relativ niedrigen NOx-Emissionen relativ hohe Rußemissionen zu tolerieren, da letztere durch im Abgassystem angeordnete Partikelfilter aufgefangen werden konnten, ist dies bei den strengeren Abgasgrenzwerten nach Euro5 nicht mehr möglich, da die Partikelfilter nach zu kurzer Zeit bereits eine hohe Beladung aufweisen, was eine häufige Regeneration mit entsprechend hohem Kraftstoffverbrauch und erhöhter Kohlendioxidemission zur Folge hat.It is also known that in diesel engines, measures that reduce soot emissions tend to increase the levels of knit oxide emissions. While it was still possible to comply with the Euro4 exhaust limits to tolerate relatively high levels of soot emissions at relatively low NOx emissions, since the latter could be absorbed by arranged in the exhaust system particulate filter, this is no longer possible with the stricter emission limits according to Euro5, as the Particle filter after too short a time already have a high load, which has a frequent regeneration with correspondingly high fuel consumption and increased carbon dioxide emissions result.

Aus der DE 3612029 A1 ist bereits eine luftverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer im Kolbenbogen annähernd zentrisch angeordneten rotationssymmetrischen Brennraummulde, einer Einspritzvorrichtung die eine in die Brennraummulde einspritzende Einspritzdüse mit mindestens vier Spritzlöchern aufweist und mit einer eine Drehbewegung der in die Brennraummulde eintretenden Ladeluft erzeugenden Einlasseinrichtung bekannt. Der Durchmesser der Brennraummulde beträgt dabei mehr als 55 % des Zylinderdurchmessers. Die durch die Einlasseinrichtung erzeugte Drehbewegung der Ladeluft weist eine nach dem Flügelradverfahren ermittelte Drallzahl von etwa 1,5 bis 2,5 auf, wobei die Einspritzvorrichtung für eine Förderrate von 5 bis 15 mm3 /Gradkurbelwinkel und im Druckraum der Einspritzdüse herrschende Einspritzdrücke von 500 bis 2000 bar ausgelegt ist. Ziel der angegebenen Maßnahmen ist es, eine Erhöhung der Leistungsausbeute, eine Verminderung der Rohemissionen und der Emissionen an gasförmigen Abgaskomponenten, eine Geräuschverringerung und eine Entlastung der mechanisch hochbeanspruchten Maschinenteile zu erreichen. Allerdings ist es mit diesen bekannten Maßnahmen nicht möglich die Grenzwerte der Euro5-Abgasnorm für Stickoxide und Partikel (PM) für Diesel-Pkw zu erreichen.From the DE 3612029 A1 is already an air-compressing reciprocating internal combustion engine with an approximately centrally arranged in the piston arc rotationally symmetric combustion bowl, an injection device having a injecting into the combustion bowl injection nozzle with at least four spray holes and with a rotational movement of the entering into the combustion bowl charge air inlet device known. The diameter of the combustion bowl amounts to more than 55% of the cylinder diameter. The rotational movement of the charge air generated by the inlet device has a swirl number determined by the impeller method of about 1.5 to 2.5, wherein the injection device for a delivery rate of 5 to 15 mm 3 / degree crank angle and in the pressure chamber of the injector prevailing injection pressures from 500 to 2000 bar is designed. The aim of the specified measures is to achieve an increase in power output, a reduction in raw emissions and emissions of gaseous exhaust gas components, a reduction in noise and a relief of the mechanically highly stressed machine parts. However, with these known measures it is not possible to achieve the limit values of the Euro5 emission standard for nitrogen oxides and particulates (PM) for diesel passenger cars.

Aus der DE 103 48 366 B4 ist bereits ein Verfahren zum Betreiben einer direkteinspritzenden Dieselbrennkraftmaschine bekannt, bei dem in einem Betriebsbereich b Abgas rückgeführt wird, wobei die Abgasrückführrate etwa 20% bis 40% beträgt und die Kraftstoffeinspritzung bei einem Einspritzdruck von mindestens 1000 bar erfolgt. Und ferner die Kraftstoffeinspritzung in einem Betriebsbereich a bei einem Einspritzdruck von zwischen 400 - 1000 bar erfolgt.From the DE 103 48 366 B4 A method for operating a direct-injection diesel internal combustion engine is already known in which exhaust gas is recirculated in an operating region b, the exhaust gas recirculation rate being about 20% to 40% and the fuel injection being carried out at an injection pressure of at least 1000 bar. And further, the fuel injection in an operating range a at an injection pressure of between 400 - 1000 bar takes place.

Aus der DE 691 02 839 T2 ist bereits ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung bekannt, bei dem zur Verringerung der Rauchmenge ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung vorgeschlagen wird der ein Wirbelsteuerventil aufweist, dass die Öffnung einer Einlassöffnung steuert, und ein Kontrollmittel besitzt, dass die Öffnung des Wirbelsteuerventils in Abhängigkeit von dem Einspritzdruck einer Brennstoffeinspritzdüse einstellt.From the DE 691 02 839 T2 A direct-injection diesel engine is already known in which a direct injection diesel engine is proposed for reducing the amount of smoke having a swirl control valve that controls the opening of an intake port and a control means that adjusts the opening of the swirl control valve in response to the injection pressure of a fuel injector ,

Aus der DE 196 21 635 B4 ist bereits eine Dieselbrennkraftmaschine bekannt, mit zwei Einlasskanälen, zwei Auslasskanälen, vier Ventilen, einer Einspritzdüse und einem Kolben pro Zylinder, wobei die Achsen der Ventile zur Achse des Zylinders im Wesentlichen parallel angeordnet sind, die Einspritzdüse zur Achse des Zylinders im Wesentlichen parallel sowie zur Querschnittsfläche des Zylinders im Wesentlichen mittig angeordnet ist und der eine Einlasskanal als Drallkanal und der andere Einlasskanal als Füllkanal ausgebildet ist. Der Kolben weist dabei eine Brennraummulde mit eingezogenen Muldenrand auf, wobei die Einspritzdüse mit einem Einspritzwinkel von 140° bis 155° ausgebildet ist, so dass die Sprühstrahlen der Einspritzdüse an der Innenseite des Muldenrandes tangential auftreffen.From the DE 196 21 635 B4 A diesel engine is already known, with two intake ports, two exhaust ports, four valves, one injector and one piston per cylinder, the axes of the valves being substantially parallel to the axis of the cylinder, the injector substantially parallel to and parallel to the cylinder axis Cross-sectional area of the cylinder is arranged substantially centrally and the one inlet channel is designed as a swirl channel and the other inlet channel as a filling channel. The piston in this case has a combustion bowl with recessed bowl edge, wherein the injection nozzle is formed with an injection angle of 140 ° to 155 °, so that the spray jets of the injection nozzle impinge tangentially on the inside of the bowl rim.

Aus der DE 100 48 238 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt, wobei mit direkt eingespritztem Kraftstoff und separat zugeführter Verbrennungsluft im Brennraum spätestens zum Zeitpunkt der Selbstzündung ein homogenes Gemisch gebildet wird. Dabei ist vorgesehen, die Verbrennungsluft in einer bezüglich der Drallstärke über ein Stellglied einstellbaren Drallströmung um eine Längsachse des Zylinders in den Brennraum einzulassen. Eine Steuereinheit stellt die Drallstärke in Abstimmung in den Einspritzparametern für den Vorgang der Kraftstoffzumessung aufeinander abgestimmt ein.From the DE 100 48 238 A1 a method for operating a diesel internal combustion engine is known, wherein with directly injected fuel and separately supplied combustion air in the combustion chamber at the latest at the time of auto-ignition, a homogeneous mixture is formed. In this case, it is provided that the combustion air is admitted into the combustion chamber in a swirling flow that can be adjusted by means of an actuator with respect to the swirl intensity about a longitudinal axis of the cylinder. A control unit adjusts the swirl intensity in coordination with one another in the injection parameters for the process of metering the fuel.

Aus der DE 698 33 526 T2 ist ein Dieselmotor bekannt, der eine Verwirbelungserzeugungsvorrichtung aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie einen Verwirbelungsstrom in einer Brennkammer des Motors erzeugt und eine Verwirbelungsintensitätsausgleichseinrichtung umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verwirbelungsintensität des gesteuerten Verwirbelungsstroms in Abhängigkeit von der Motortemperatur ausgleicht.From the DE 698 33 526 T2 For example, there is known a diesel engine having a swirling device configured to generates a swirling flow in a combustion chamber of the engine and includes a swirl intensity compensating device configured to compensate for a swirling intensity of the controlled swirling flow depending on the engine temperature.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher bei einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung eine Reduzierung der Rohemissionen von Stickoxiden und Rußpartikeln zu erreichen, so dass diese möglichst nahe an die durch die Euro-Norm 5 festgelegten jeweiligen Grenzwert kommen und bei einem Kraftfahrzeug mit einem im Abgassystem angeordneten Partikelfilter die besagten EU5 Grenzwerte der End-Pipe-Emissionen erreicht oder unterschritten werden können.The object of the present invention is therefore to achieve a reduction of the raw emissions of nitrogen oxides and soot particles in an internal combustion engine with auto-ignition, so that they are as close as possible to those specified by the Euro standard 5 In the case of a motor vehicle with a particulate filter arranged in the exhaust system, the said EU5 limit values of the end-pipe emissions can be reached or undershot.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.The object is achieved with the features of the independent claim.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor mit Selbstzündung mit einem Motorblock mit zumindest einem Zylinder und einem diesen zugeordneten Kolben, einem Einspritzsystem zur Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder umfasst eine

  • Einlasseinrichtung für Ladeluft mit zumindest einem Einlasskanal und einem zugeordneten Einlassventil und eine
  • Auslasseinrichtung für Abgas mit zumindest einem Auslasskanal und einem diesem zugeordneten Auslassventil und einem anschließendem Abgassystem mit Partikelfilter versehen,
  • wobei der Zylinder einen Zylinderkopf und der Kolben einen Kolbenkopf aufweist und Zylinderkopf und Kolbenkopf Innenflächen eines Brennraumes bilden
  • und in der Oberfläche des Kolbenkopfs eine Kolbenmulde mit einem Muldenrand angeordnet ist, wobei bei einem auf einen Kreis normierten Muldenrand das Verhältnis von Muldenranddurchmesser zu Kolbendurchmesser größer 0,55 ist oder bei einer zu 90% gefüllten Kolbenmulde bei einer auf einen Kreis normierten Füllfläche das Verhältnis der Füllfläche zur Kolbenquerschnittsfläche > 0,30 ist
  • ein Einlasskanal als Drallkanal mit einem zugeordneten Drallkanalventil ausgebildet ist, wobei die Einlassströmung in den Brennraum einen Drall erhält.
The internal combustion engine according to the invention with auto-ignition with an engine block having at least one cylinder and a piston associated therewith, an injection system for fuel injection into the cylinder comprises a
  • Inlet device for charge air with at least one inlet channel and an associated inlet valve and a
  • Exhaust gas outlet device with at least one outlet channel and an outlet valve associated therewith and a downstream exhaust system with particle filter,
  • wherein the cylinder has a cylinder head and the piston has a piston head and the cylinder head and piston head form inner surfaces of a combustion chamber
  • and in the surface of the piston head, a piston recess is arranged with a trough edge, wherein in a normalized to a circle trough edge, the ratio of bowl rim diameter to piston diameter is greater than 0.55 or in a 90% filled piston bowl with a normalized to a circle filling surface, the ratio the filling surface to the piston cross-sectional area> 0.30
  • an intake passage is formed as a swirl passage with an associated swirl passage valve, wherein the intake flow into the combustion chamber receives a swirl.

Der Verbrennungsmotor ist ausgelegt, dass für zumindest einen ausgewählten Zylinder bei Ein - Kanalöffnung

  • die Einlassströmung bei zumindest einem Ventilhub Vh zwischen 2 mm und Vhh = 0.5Vhm eine Drallanhebung mit einer ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D mit einen Wert > 0,3 aufweist, wobei Vhm den maximalen Ventilhub, insbesondere mit einem Wert Vhm=8mm bezeichnet,
  • die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh = 2 mm und Vhh = 0.5 Vhm eine Drallanhebung mit einer normierten integralen Tippelmann-Drallzahl Di mit einen Wert > 0,40/mm aufweist oder
  • die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh= 2 mm und Vhh=0,5 Vhm eine Drallanhebung aufweist, derart dass bei einer Vermessung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D in Abständen von 0,5 mm die gemittelte Tippelmann - Drallzahl Dm für mindestens ein Ventilhubintervall DeltaV= 1mm einen Wert > 0,4 aufweist.
The internal combustion engine is designed to operate for at least one selected cylinder at single port opening
  • the inlet flow at at least one valve lift Vh between 2 mm and Vhh = 0.5Vhm has a swirl increase with a valve lift-dependent Tippelmann swirl number D having a value> 0.3, where Vhm denotes the maximum valve lift, in particular with a value Vhm = 8 mm,
  • the inlet flow in a valve lift range between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5 Vhm has a swirl increase with a normalized integral Tippelmann swirl number Di with a value> 0.40 / mm or
  • the inlet flow in a Ventilhubbereich between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5 Vhm has a swirl increase, so that in a measurement of valve lift-dependent Tippelmann swirl number D at intervals of 0.5 mm, the average Tippelmann - Dwell number Dm for at least one valve lift interval DeltaV = 1mm has a value> 0.4.

Bei Einkanalöffnung erfolgt lediglich über den Drallkanal eine Zufuhr von Ladeluft in den Brennraum.In the case of a single-channel opening, a supply of charge air into the combustion chamber takes place only via the swirl duct.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist es möglich im Betriebspunkt 2000 l/min und einem effektiven Mitteldruck von 8 bar eine NOx-Emission von < 1,55 g/kWh bei einer Rußemission von < 0,08 g/kWh zu erreichen. Vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor in den oben genannten Betriebspunkt auch noch Emissionen von < 1,5, 1,43, 1,38 und 1,3 g/kWh bei Rußemissionen von < 0,075, 0,071, 0,065 oder 0,006 g/kWh erreichen.With the internal combustion engine according to the invention, it is possible at operating point 2000 l / min and an effective mean pressure of 8 bar to achieve a NOx emission of <1.55 g / kWh with a soot emission of <0.08 g / kWh. Preferably, the internal combustion engine according to the invention can also achieve emissions of <1.5, 1.43, 1.38 and 1.3 g / kWh for soot emissions of <0.075, 0.071, 0.065 or 0.006 g / kWh in the operating point mentioned above.

Ein mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ausgestattetes Kraftfahrzeug weist bei einem Betrieb im neuen europäischen Fahrtzyklus NOx-Rohemissionen mit einem Wert von < 300 mg/km und Partikel-Rohemissionen mit einem Wert von < 35 mg/km auf. Vorzugsweise weist ein derartiges Kraftfahrzeug NOx-Rohemissionen mit einem Wert < 280 mg/km, 235 mg/km, 200 mg/km, 180 mg/km oder 160 mg/km und gleichzeitig Partikel-Rohemissionen, die einen Wert von 40 mg/km, 45 mg/km, 50 mg/km, 55 mg/km oder 60 mg/km nicht überschreiten auf.A motor vehicle equipped with the internal combustion engine according to the invention, when operated in the new European driving cycle, has NOx raw emissions with a value of <300 mg / km and raw particle emissions with a value of <35 mg / km. Preferably, such a motor vehicle NOx emissions with a value <280 mg / km, 235 mg / km, 200 mg / km, 180 mg / km or 160 mg / km and at the same time raw particle emissions, which have a value of 40 mg / km , 45 mg / km, 50 mg / km, 55 mg / km or 60 mg / km.

Ein derartiges Fahrzeug erreicht oder unterschreitet bei Einsatz eines Partikelfilters die Abgasgrenzwerte der neuen europäischen Norm EU5.Such a vehicle reaches or falls below the exhaust emission limits of the new European standard EU5 when using a particulate filter.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einlassströmung bei Einkanalöffnung und bei maximalen Ventilhub Vhm, insbesondere mit Vhm= 8 mm, eine ventilhubabhängige Tippelmann - Drallzahl D mit einen Wert > 0,4 und/ oder das Einlassventil einen ventilhubabhängigen Durchflusskoeffizienten αK > 0,04 aufweist: Damit lässt sich eine verbesserte Gemischaufbereitung bei gleichzeitig guter Zylinderfüllung erreichen.In a preferred embodiment, it is provided that the inlet flow at a single-channel opening and at maximum valve lift Vhm, in particular with Vhm = 8 mm, a Ventilhubabhängige Tippelmann - spin number D with a value> 0.4 and / or the intake valve Ventilhubabhängigen flow coefficient αK> 0, 04 shows: This can be achieve improved mixture preparation with good cylinder filling at the same time.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend unabhängig von der zusammenfassenden Darstellung in den Patentansprüchen anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben aus denen sich weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben.The invention will be described in more detail below independently of the summary in the claims with reference to embodiments illustrated in drawings from which further advantages and aspects of the invention.

Es zeigen

  • 1 :einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit Selbstzündung,
  • Fig, 2: einen Kolbenkopf mit Kolbenmulde,
  • 3 a und 3 b: Drall- und Füllkanäle einer Einlasseinrichtung mit Drallklappe,
  • 3 c: Ventilsitze mit Bearbeitung,
  • 4: einen Tippelmann-Prüfstand,
  • 5: eine Darstellung von ventilhubabhängigen Drall und Durchfluss im Einkanalbetrieb,
  • 6: eine Darstellung von ventilhubabhängigen Drall und Durchfluss im Zweikanalbetrieb,
  • 7: Rußemissionen in Abhängigkeit von Öffnungsstellungen einer Drallklappe,
  • 8: Rußemissionen in Abhängigkeit von Öffnungsstellungen einer Drallklappe,
  • 9: Rußemissionen in Abhängigkeit von Öffnungsstellungen einer Drallklappe,
  • 10-11: Rußemissionen in Abhängigkeit von Öffnungsstellungen einer Drallklappe.
Show it
  • 1 : an internal combustion engine according to the invention with auto-ignition,
  • 2, a piston head with piston recess,
  • 3 a and 3 b : Swirl and fill channels of an inlet device with swirl flap,
  • 3 c Photos: Valve seats with machining,
  • 4 : a Tippelmann test bench,
  • 5 : a representation of valve lift-dependent swirl and flow in single-channel operation,
  • 6 : a representation of valve lift-dependent swirl and flow in two-channel operation,
  • 7 : Soot emissions depending on open positions of a swirl flap,
  • 8th : Soot emissions depending on open positions of a swirl flap,
  • 9 : Soot emissions depending on open positions of a swirl flap,
  • 10-11 : Soot emissions depending on the opening positions of a swirl flap.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer PKW - Verbrennungsmotor 101 mit Selbstzündung dargestellt mit dem es gelingt sowohl niedrige Ruß (Partikel) - als auch NOx- Roh - Emissionswerte zu erreichen. Der erfindungsgemäße Motor wird vorzugsweise mit Kraftstoff nach DIN EN 590 betrieben.In 1 is a passenger car internal combustion engine according to the invention 101 shown with auto-ignition with which it is possible to achieve both low soot (particulate matter) and NOx raw emission values. The engine according to the invention is preferably operated with fuel according to DIN EN 590.

Es versteht sich, dass in anderen, in der 1 nicht dargestellten Ausführungsbeispielen bestimmte Komponenten, die in Figur dargestellt sind, fehlen oder auch weitere Komponenten hinzukommen können, ohne das der Rahmen der Erfindung verlassen wird.It is understood that in others, in the 1 not shown embodiments, certain components that are shown in Figure, missing or other components may be added without departing from the scope of the invention.

Der 1 gezeigte selbstzündende Verbrennungsmotor 101 weist einen Motorblock 102, vier Zylindern (nicht mit Bezugszeichen versehen), einer Einlassrichtung 103 für Ladeluft, einem als Common-Rail ausgebildeten Einspritzsystem 104 zur Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder sowie einer Auslasseinrichtung 105 für Abgas auf. An die Auslasseinrichtung 105 ist ein Abgassystem 106 mit einem Dieselpartikelfilter 107 angeschlossen. Stromauf des Dieselpartikelfilters 107 ist ein Oxidationskatalysator 107a angeordnet, der jedoch in anderen Ausführungsformen der Erfindung fehlen kann.Of the 1 shown self-igniting internal combustion engine 101 has an engine block 102 , four cylinders (not provided with reference numerals), an inlet direction 103 for charge air, designed as a common rail injection system 104 for fuel injection into the cylinders as well as an outlet device 105 for exhaust on. To the outlet 105 is an exhaust system 106 with a diesel particulate filter 107 connected. Upstream of the diesel particulate filter 107 is an oxidation catalyst 107a arranged, which may be missing in other embodiments of the invention.

Der Dieselpartikelfilter 107 hält die bei der Verbrennung des Dieselkraftstoffes entstehenden Rußpartikel zurück. Bevorzugt arbeitet der Partikelfilter 107 ohne den Zusatz von Additiven; es ist jedoch auch der Einsatz von Partikelfiltern, die Additive erfordern denkbar. Der Partikelfilter besteht aus einem porösen Keramikbauteil mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung. Um die Durchgängigkeit des Filters auf Dauer zu gewährleisten, müssen die im Filter abgelagerten Partikel durch passive und/oder aktive Regeneration entfernt werden. Mit Wandstromfiltern können heute hohe Abscheideraten von 95 % und mehr der gesamten Partikelmasse bei einer geringen Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs erreicht werden. Ähnlich hohe Werte werden mit Durchflussfiltern erreicht bei denen eine über 90 %ige Senkung der Partikelzahl erreicht werden kann.The diesel particulate filter 107 keeps back the soot particles produced during combustion of the diesel fuel. The particle filter preferably works 107 without the addition of additives; However, it is also the use of particulate filters that require additives conceivable. The particle filter consists of a porous ceramic component with a precious metal-containing coating. To ensure the continuity of the filter in the long term, the particles deposited in the filter must be removed by passive and / or active regeneration. With wall-flow filters today high deposition rates of 95% and more of the total particle mass can be achieved with a small increase in fuel consumption. Similarly high values are achieved with flow filters in which a more than 90% reduction in the number of particles can be achieved.

Das Abgassystem ist mit einem Abgasrückführsystem (AGR) mit einem AGR-Ventil 109 und einer AGR-Kühlung 110 verbunden, wobei die Abgasrückführkühlung 110 mit einem Niedertemperaturölkreislauf versehen ist. Mit dem Abgassystem ist ferner ein Turbolader 115 verbunden. Stromab des Verdichters des Abgasturboladers 115 ist ein Ladeluftkühler angeordnet.The exhaust system is equipped with an exhaust gas recirculation (EGR) system with an EGR valve 109 and EGR cooling 110 connected, the exhaust gas recirculation cooling 110 provided with a low temperature oil circuit. With the exhaust system is also a turbocharger 115 connected. Downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger 115 is arranged a charge air cooler.

Es versteht sich, dass zur Erfüllung strenger Abgasnormen, die verschiedenen in 1 gezeigten Komponenten aufeinander abgestimmt werden müssen.It is understood that to meet strict emission standards, the various in 1 shown components must be coordinated.

Im Folgenden werden wichtige Komponenten eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor genauer dargestellt. Vorzugsweise ist dieser für schnell laufende PKW oder leichte Nutzfahrzeuge ausgelegt.In the following important components of an internal combustion engine according to the invention are shown in more detail. Preferably, this is designed for fast-running cars or light commercial vehicles.

In 2 ist ein Kolbenkopf 201 eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Selbstzündung schematisch dargestellt, wobei in der Oberfläche 202 des Kolbenkopfs 201 eine durch eine Ausnehmung gebildete Kolbenmulde 206 angeordnet ist. Die Mulde 206 wird durch eine den Wandbereich bildende Muldenkontur 207 definiert, die sich in die Kolbenoberfläche 202 ausgehend vom Kolbenrand 208 erstreckt. Als Muldenrand 208 wird der äußerste Bereich der Kolbenmulde 206 verstanden, während als Muldenrand - Durchmesser der Querschnittsdurchmesser der Mulde 206 an der Stelle, an der die Muldenkontur 207 eine Steigung 1 aufweist bezeichnet wird. An dieser Stelle ist die Muldenkontur 207 parallel zur Kolbenachse 209.In 2 is a piston head 201 of an internal combustion engine according to the invention with auto-ignition shown schematically, wherein in the surface 202 of the piston head 201 a piston recess formed by a recess 206 is arranged. The hollow 206 is formed by a trough contour forming the wall area 207 defined, located in the piston surface 202 starting from the piston edge 208 extends. As a trough edge 208 becomes the outermost part of the piston recess 206 understood, while as trough edge diameter of the cross - sectional diameter of the trough 206 at the point where the trough contour 207 a slope 1 is designated. At this point is the trough contour 207 parallel to the piston axis 209 ,

Der in 2 dargestellte Kolbenkopf 201 ist im Betrieb des Verbrennungsmotors in einem in der Figur nicht dargestellten Zylinder angeordnet, in dem sich der Kolben hin und her bewegt und derart mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden ist, dass der Kolben eine Bewegung mit einer Umkehr an einer oberen und unteren Totpunktlage ausführt. Der Zylinder weist einen Zylinderkopf auf, der mit dem Kolbenkopf Innenflächen eines Brennraumes, in den Kraftstoff eingespritzt wird, bildet. Der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff bildet mit verdichteten Gas ein Kraftstoff-Gasgemisch, dass durch im Betrieb des Verbrennungsmotors erzeugte Kompressionswärme gezündet wird. The in 2 illustrated piston head 201 is arranged in the operation of the internal combustion engine in a cylinder, not shown in the figure, in which the piston reciprocates and is connected to a crankshaft, not shown, that the piston performs a movement with a reversal at an upper and lower dead center. The cylinder has a cylinder head, which forms with the piston head inner surfaces of a combustion chamber, is injected into the fuel. The injected into the cylinder fuel forms with compressed gas, a fuel-gas mixture that is ignited by generated during operation of the internal combustion engine heat of compression.

Typischerweise weist der Verbrennungsmotor vier bis sechs Zylinder auf.Typically, the engine has four to six cylinders.

Die Kolbenmulde 206 weist einen Bereich der Kontur 207 mit geringerer Tiefe und einen peripheren Bereich der Kontur 207 mit einer größeren Tiefe, jeweils bezogen auf die Kolbenoberfläche auf, wobei die Erfindung Ausführungsformen mit größeren und kleineren Tiefenunterschieden umfasst.The piston recess 206 indicates an area of the contour 207 with less depth and a peripheral area of the contour 207 with a greater depth, in each case with respect to the piston surface, wherein the invention comprises embodiments with larger and smaller differences in depth.

Die Kolbenmulde 206 kann auch einen nicht kreisförmigen Kolbenrand 208 aufweisen. In diesem Fall wird der Muldenranddurchmesser 203 bei einem auf einen Kreis nominierten Muldenrand definiert.The piston recess 206 can also have a non-circular piston edge 208 exhibit. In this case, the bowl rim diameter becomes 203 defined at a bowl edge nominated for a circle.

Das Verhältnis von Muldenranddurchmesser zu Kolbenranddurchmesser ist > 0,55, vorzugsweise > 0,58, 0,60, 0,62, 0,65, 0,70 oder 0,80, was zu einer größeren freien Einspritzlänge und einer verbesserten Gemischaufbereitung führt.The ratio of bowl rim diameter to piston rim diameter is> 0.55, preferably> 0.58, 0.60, 0.62, 0.65, 0.70 or 0.80, resulting in a greater free injection length and improved mixture preparation.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bei einer zu 90% gefüllten Kolbenmulde 206 bei einer auf einen Kreis nominierten Füllfläche das Verhältnis der Füllfläche zur Kolbenquerschnittsfläche > 0,30. Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine relativ große Kolbenmulde mit den entsprechenden oben dargestellten Vorteilen.In a further embodiment of the invention is in a 90% filled piston recess 206 in the case of a filling surface nominated for a circle, the ratio of the filling surface to the piston cross-sectional area> 0.30. Also in this embodiment of the invention is a relatively large piston recess with the corresponding advantages presented above.

Die in 2 gezeigt Kolbenmulde 206 weist in ihren peripheren Wandbereich eine Hinterschneidung auf, das heißt der maximale Kolbeninnendurchmesser ist größer als der Kolbenranddurchmesser 203. In anderen Ausführungsformen der Erfindung weist die Kolbenmulde 206 keine Hinterschneidung auf.In the 2 shown piston recess 206 has in its peripheral wall region on an undercut, that is, the maximum piston inner diameter is greater than the piston rim diameter 203 , In other embodiments of the invention, the piston recess 206 no undercut.

Der maximale Muldeninnendurchmesser ist vorzugsweise höchstens 15%, 10%, 8%, 6%, 4%, 3% oder 1% größer als der Muldenrand - Durchmesser 203. Damit kann eine größere freie Strahllänge des eingespritzten Kraftstoffs erreicht und der Auftrag von flüssigen Kraftstoff auf den peripheren Wandbereich vermindert werden.The maximum bowl internal diameter is preferably at most 15%, 10%, 8%, 6%, 4%, 3% or 1% larger than the bowl rim diameter 203 , Thus, a larger free jet length of the injected fuel can be achieved and the order of liquid fuel can be reduced to the peripheral wall area.

Der oder die Zylinder weisen eine Bohrung von weniger als 110 mm auf. Bevorzugt kann die Bohrung auch ≤ als 100 mm, 95 mm oder 90 mm betragen. Das Einzelzylindervolumen beträgt weniger als 0,8 l vorzugsweise < als 0,7l oder 0,6l.The cylinder or cylinders have a bore of less than 110 mm. Preferably, the bore can also be ≤ than 100 mm, 95 mm or 90 mm. The single cylinder volume is less than 0.8 l, preferably <0.7 l or 0.6 l.

Ferner ist der Zylinder mit einem Einspritzsystem zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder verbunden. Das Einspritzsystem ist in Common-Rail-Technik ausgebildet mit dem Kraftstoff mit bis zu 1800 bar in den Zylinder eingespritzt wird. Es versteht sich, dass die Erfindung auch mit anderen Einspritzsystemen und/oder höheren Einspritzdrücken arbeitet.Further, the cylinder is connected to an injection system for direct fuel injection into the cylinder. The injection system is designed in common-rail technology with which fuel is injected into the cylinder at up to 1800 bar. It is understood that the invention also works with other injection systems and / or higher injection pressures.

Das Einspritzsystem umfasst zur Gewährleistung einer hohen Homogenität des Gemischs und geringen Rußbildung während des Dieselverbrennungsprozesses einen Injektor mit einem Düsensitz und einem Düsenelement mit mehr als 7 Löchern. Vorzugsweise weist der Injektor eine Lochzahl von > = 8, 9, 10, 12 oder 14 auf. Der Injektor ist vorzugsweise zentrisch zur Kolbenmulde angeordnet.The injection system includes an injector with a nozzle seat and a nozzle element with more than 7 holes to ensure high homogeneity of the mixture and low soot formation during the diesel combustion process. Preferably, the injector has a number of holes of> = 8, 9, 10, 12 or 14. The injector is preferably arranged centrically to the piston recess.

Bei einem Injektor mit 8 Lochdüse ist ein Lochdurchmesser von 0,123 mm bevorzugt. Die größere Lochanzahl ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum und damit eine Emissonsreduzierung bei möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch.For an 8-hole nozzle injector, a hole diameter of 0.123 mm is preferred. The larger number of holes allows a more even distribution of the fuel in the combustion chamber and thus a emission reduction with the lowest possible fuel consumption.

Der Injektordurchfluss ist an die Lochzahl angepasst. Vorzugsweise ist für eine Lochzahl > 7 der Durchfluss DDF am Kraftstoff durch den Injektor innerhalb von 30 Sekunden bei einem Einspritzdruck von 100 bar bestimmt durch DDF = (-230 +70*L) *(1+-0,20), wobei die Lochzahl mit L bezeichnet ist.The injector flow rate is adjusted to the number of holes. For a hole number> 7, the flow rate DDF at the fuel through the injector is preferably determined within 30 seconds at an injection pressure of 100 bar by DDF = (-230 + 70 * L) * (1 + -0.20), the number of holes is denoted by L.

Bei der Vermessung des Durchfluss des Injektors wird nur der Düsensitz vermessen ohne Düsenelement.When measuring the flow rate of the injector, only the nozzle seat is measured without a nozzle element.

Mit dem Zylinder ist eine Einlasseinrichtung für Ladeluft mit zumindest einem Einlasskanal mit einem zugeordneten Einlassventil und eine Auslasseinrichtung für Abgas mit zumindest einem Auslassventil und einem diesem zugeordneten Auslassventil verbunden, wie im weiteren genauer dargestellt wird. Als Ladeluft wird die dem Motor zugeführte Ladung an Frischluft bezeichnet - auch für den Fall eines Motors ohne Turboaufladung oder dergleichen.The cylinder is connected to an inlet device for charge air with at least one inlet channel with an associated inlet valve and an outlet device for exhaust gas with at least one outlet valve and an associated outlet valve, as will be shown in more detail below. The charge air is the charge of fresh air supplied to the engine - even in the case of an engine without turbocharging or the like.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor weist die Einlasseinrichtung zumindest einen Einlasskanal auf, der als Drallkanal mit einem zugeordneten Drallkanalventil ausgebildet ist, wobei die Einlassströmung in den Brennraum einen Drall (Swirl) erhält - eine Verwirbelung der Ladeluft mit einer im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse orientierten Drehachse. Als Einlassströmung wird die während der Ansaugphase in den Zylinder einströmende Ladeluft bezeichnet.In the engine according to the invention, the inlet device has at least one inlet channel, which is designed as a swirl channel with an associated swirl channel valve, the inlet flow into the combustion chamber receives a swirl - a turbulence of the charge air with a substantially parallel to the cylinder axis oriented axis of rotation. When Inlet flow is the charge air entering the cylinder during the intake phase.

Der Drall der Einlassströmung in den Brennraum unterstützt die Gemischaufbereitung und kann die kinetische Energie im Zylinder erhöhen, was zu einer beschleunigten Verbrennung beitragen kann. Da der Drall die Zündverzögerung bei der Verbrennung verlängert, vermindert er den Auftrag von Kraftstoff auf die Zylinderwände und damit die Bildung von Kohlenwasserstoffen und Russ. Andererseits führt ein niedriger Drall zu geringeren Wärmeverlusten, einem besseren Wirkungsgrad vor der Zündung und zu niedrigeren NOx-Emissionen. Daher kann mehr oder weniger Drall günstig für die Partikel- und NOx - Emissionen sein. Die Erfindung zielt auf die Optimierung des Dalls der Einlassströmung zur Verminderung von Rußbildung bei niedriger NOx-Bildung.The swirl of intake flow into the combustion chamber aids in mixture preparation and can increase the kinetic energy in the cylinder, which can contribute to accelerated combustion. As the swirl extends the ignition delay during combustion, it reduces the application of fuel to the cylinder walls and thus the formation of hydrocarbons and soot. On the other hand, low swirl results in lower heat losses, better pre-ignition efficiency, and lower NOx emissions. Therefore, more or less swirl can be beneficial for particulate and NOx emissions. The invention aims at optimizing the inlet flow din to reduce soot formation with low NOx formation.

Der Drall der Einlassströmung wird durch die Geometrie des Einlasskanals und des Einlassventils bestimmt; bei mehr als einem Einlasskanal durch die Geometrie der Einlasskanäle und der Einlassventile die jeweils von Ladeluft durchströmt werden. Zur Erreichung eines vorgegebenen Dralls werden die Geometrie von Einlasskanal und zugeordnetem Einlassventil mittels an sich bekannter Optimierungsverfahren festgelegt.The swirl of the intake flow is determined by the geometry of the intake port and the intake valve; in the case of more than one inlet channel, the geometry of the inlet channels and of the inlet valves, through which charge air flows in each case. To achieve a given twist, the geometry of inlet channel and associated inlet valve are determined by means of known optimization methods.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor eine Einlasseinrichtung mit einen Drallkanal und einen Füllkanal auf, wobei der Füllkanal für Ladeluft betriebspunktabhängig geöffnet oder geschlossen werden kann.In a preferred embodiment, the internal combustion engine according to the invention has an inlet device with a swirl channel and a filling channel, wherein the filling channel for intercooling can be opened or closed operating point-dependent.

In 3a, 3b sind ein Drallkanal 301 und ein Füllkanal 302 einer Einlasseinrichtung für Ladeluft des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors dargestellt.In 3a . 3b are a spin channel 301 and a filling channel 302 an inlet device for charge air of the internal combustion engine according to the invention shown.

Drallkanal 301 und Füllkanal 302 weisen jeweils ein Drallkanalventil 307 bzw. Füllkanalventil 308 auf. Der Füllkanal 302 kann durch eine schaltbare Drallklappe 303 geöffnet und geschlossen werden. Vorzugsweise weist die Drallklappe 303 mindestens zwei Öffnungsstellungen, bevorzugt drei und mehr Öffnungsstellungen auf. Als Öffnungsstellung wird auch die geschlossene Stellung verstanden. Ferner kann die Drallklappe auch stufenlos verstellt werden.swirl channel 301 and filling channel 302 each have a swirl channel valve 307 or filling channel valve 308 on. The filling channel 302 can by a switchable swirl flap 303 be opened and closed. Preferably, the swirl flap 303 at least two open positions, preferably three and more open positions. The open position is understood to mean the closed position. Furthermore, the swirl flap can also be adjusted continuously.

In 3a ist die Drallklappe 303 geschlossen, in 3b ist die Drallklappe 303 dagegen offen. Bei geschlossener Drallklappe kann Ladeluft lediglich durch den Drallkanal 301 dem Brennraum zugeführt werden.In 3a is the swirl flap 303 closed, in 3b is the swirl flap 303 open against it. When the swirl flap is closed, charge air can only pass through the swirl channel 301 be supplied to the combustion chamber.

Bei dem in den 3a, 3b gezeigten Drallkanal 301 handelt es sich um einen Tangentialkanal mit direkter Einströmung. Die Erfindung umfasst jedoch auch Drallkanäle mit anderen Geometrien, wie beispielsweise einen Tangentialkanal mit Ablenkwand oder Spiralkanäle mit flacher oder steiler schraubenförmiger Rampe.In the in the 3a . 3b shown swirl channel 301 it is a tangential channel with direct inflow. However, the invention also includes swirl channels of other geometries, such as a baffle tangential channel or spiral or flat helical ramp spiral channels.

Der Füllkanal 302 wird möglichst gradlinig durchströmt, um ein höhere Zylinderbefüllung als durch den Drallkanal 301 zu ermöglichen, in welchem die Luftführung den Durchfluss behindert. Mittels des Drallkanal 302 kann daher bedarfsabhängig der Luftdurchsatz erhöht werden. Der Füllkanal kann jedoch auch als Spiralkanal ausgebildet sein.The filling channel 302 is traversed as straight as possible, to a higher cylinder filling than through the swirl duct 301 to allow in which the air flow obstructs the flow. By means of the swirl channel 302 Therefore, depending on demand, the air flow can be increased. However, the filling channel can also be designed as a spiral channel.

Das Drallkanalventil ist erfindungsgemäß ausgebildet zur Anhebung des Dralls bei geringem Ventilhüben, wie beispielhaft in 3 c illustriert ist.The swirl passage valve is designed according to the invention to increase the swirl at low valve strokes, as exemplified in 3 c is illustrated.

Zur Anhebung des Dralls bei niedrigem Ventilhub weist der Ventilsitz eine, vorzugsweise in Bezug auf eine vertikale Ventilachse asymmetrische, Bearbeitung auf; beispielsweise in der Art einer Maskierung oder Abschirmung, wodurch der Luftmassenstrom zu Beginn des Ventilhubs in eine definierte Richtung gelenkt wird.To increase the twist at low valve lift, the valve seat has a, preferably asymmetric with respect to a vertical valve axis, machining; For example, in the manner of a masking or shielding, whereby the air mass flow is directed at the beginning of the valve lift in a defined direction.

Bei einem Ventil mit Abschirmung wird durch ein Abschirmblech am Ventil die definierte Strömungsrichtung vorgegeben; vergleiche linke Seite von 3 c. Bei kleinem Ventilhub wird in einem Bereich der Peripherie des Ventilsitzes 315 zwischen 30° und 210° ein Spalt 317 gebildet.In the case of a valve with shielding, the defined flow direction is predetermined by a shielding plate on the valve; compare left side of 3 c , At a small valve lift is in an area of the periphery of the valve seat 315 between 30 ° and 210 ° a gap 317 educated.

Die rechte Seite von 3 c zeigt einen Ventilsitz, wobei in den Zylinderkopf eine Fase eingearbeitet ist, die im Folgenden als Sitzdrallfase (SDF) bezeichnet wird. Bei kleinem Ventilhub wird in einem Bereich der Peripherie des Ventilsitzes 315 zwischen 30° und 210° ein Spalt 318 gebildet.The right side of 3 c shows a valve seat, wherein in the cylinder head a bevel is incorporated, which is referred to as Sitzdrallfase (SDF). At a small valve lift is in an area of the periphery of the valve seat 315 between 30 ° and 210 ° a gap 318 educated.

In beiden Fällen muss der Luftmassenstrom bei kleinen Ventilhüben (in einem Bereich von 2mm bis 4mm oder 50% des maximalen Ventilhubs Vhm) durch den Spalt 317 bzw. 318 strömen. Vorzugsweise wird der Luftmassenstrom bei kleinen Ventilhüben von der Zylinderwand abgelenkt und damit eine Drehung der Zylinderladung bewirkt.In both cases, the air mass flow at small valve strokes (in a range of 2mm to 4mm or 50% of the maximum valve lift Vhm) through the gap 317 respectively. 318 stream. Preferably, the air mass flow is deflected at small valve strokes of the cylinder wall and thus causes a rotation of the cylinder charge.

Im Rahmen der Erfindung wird der Drall der Einlassströmung durch die ventilabhängige Tippelmann - Drallzahl charakterisiert, die auf einem Tippelmann - Prüfstand gemessen werden kann; vgl. J.B. Heywood Internal Combustion Engine Fundamentals, 1998 .In the context of the invention, the swirl of the inlet flow through the valve-dependent Tippelmann swirl number, which can be measured on a Tippelmann test bench; see. JB Heywood Internal Combustion Engine Fundamentals, 1998 ,

In 4 ist der schematische Aufbau eines Tippelmann-Prüfstandes 401 zur Messung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D dargestellt, wobei durch einen Einlasskanal 404 mit einem Einlassventil 405 einströmende Ladeluft dem Inneren des Zylinders 402 zugeführt wird. Eine Drallströmung 406 wird in dem Zylinder 402 über eine Wabe 403 in Richtung der Zylinderachse 407 umgelenkt. Das aus dem Drehimpuls der Drallströmung 406 resultierende Drehmoment MZ wird an der Wabe 403 in Abhängigkeit von dem Ventilhub des Einlassventils 405 gemessen. Aus dem Drehmoment Mz kann über folgende Gleichung die ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl D berechnet werden. D = M z R Z y l V 2 p L

Figure DE102007053890B4_0001

  • • Mz -Drehmoment an der Wabe
  • • RZyl -Zylinderradius
  • • V-Volumenstrom durch den Zylinder
  • • pL -Dichte der Luft im Zylinder
In 4 is the schematic structure of a Tippelmann test bench 401 for measuring the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D shown, wherein through an inlet channel 404 with an inlet valve 405 incoming charge air to the interior of the cylinder 402 is supplied. A swirling flow 406 is in the cylinder 402 over a honeycomb 403 in the direction of the cylinder axis 407 diverted. That from the angular momentum of the swirling flow 406 resulting torque M Z gets on the honeycomb 403 depending on the valve lift of the intake valve 405 measured. From the torque Mz, the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D can be calculated using the following equation. D = M z R Z y l V 2 p L
Figure DE102007053890B4_0001
  • • M z torque at the honeycomb
  • • R Cyl cylinder radius
  • • V-volume flow through the cylinder
  • • p L density of the air in the cylinder

Im Gegensatz zu dem Drallmoment Mz ist die Drallzahl D für unterschiedliche Zylinderköpfe ähnlicher Motoren direkt vergleichbar und wird daher zur Charakterisierung des Dralls gemäß der Erfindung eingesetzt.In contrast to the twist moment Mz the swirl number D is directly comparable for different cylinder heads of similar engines and is therefore used to characterize the swirl according to the invention.

Die relativ große Kolbenmulde hat den Vorteil einer besseren Füllung mit Ladeluft und eine geringere thermische Belastung des Kolbens, bedingt jedoch eine Abnahme des Dralls gegenüber einer relativ kleineren Kolbenmulde. Dieser Abnahme des Dralls wird erfindungsgemäß entgegengewirkt.The relatively large piston recess has the advantage of a better charge with charge air and a lower thermal load of the piston, but causes a decrease in the twist compared to a relatively smaller piston recess. This decrease in the twist is counteracted according to the invention.

Erfindungsgemäß weist der Verbrennungsmotor eine Einlassströmung mit Drallanhebung bei niedrigen Ventilhüben auf, wobei vorgesehen ist dass

  • die Einlassströmung bei zumindest einem Ventilhub Vh zwischen 2 mm und Vhh = 0.5*Vhm eine Drallanhebung mit einer ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D mit einen Wert > 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 aufweist, wobei Vhm den maximalen Ventilhub, insbesondere mit einem Wert Vhm=8mm bezeichnet,
  • die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh = 2 mm und Vhh = 0.5*Vhm eine Drallanhebung mit einer normierten integralen Tippelmann-Drallzahl Di mit einen Wert > 0,40/mm, 0,50/mm oder 0,60/mm aufweist oder
  • die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh= 2 mm und Vhh=0,5Vhm eine Drallanhebung aufweist, derart dass bei einer Vermessung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D in Abständen von 0,5 mm die gemittelte Tippelmann - Drallzahl Dm für mindestens ein Ventilhubintervall DeltaV= 1mm einen Wert ≥ 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 aufweist.
According to the invention, the internal combustion engine has an inlet flow with swirl lift at low valve lifts, wherein it is provided that
  • the inlet flow at at least one valve lift Vh between 2 mm and Vhh = 0.5 * Vhm a swirl increase with a valve lift-dependent Tippelmann swirl number D with a value>0.3;0.4;0.5;0.6; 0.7, wherein Vhm denotes the maximum valve lift, in particular with a value Vhm = 8 mm,
  • the inlet flow in a valve lift range between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5 * Vhm has a swirl lift with a normalized integral Tippelmann swirl Di having a value> 0.40 / mm, 0.50 / mm or 0.60 / mm or
  • the inlet flow in a Ventilhubbereich between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5Vhm has a swirl increase, so that in a measurement of valve lift-dependent Tippelmann swirl number D at intervals of 0.5 mm, the average Tippelmann swirl number Dm for at least one Ventilhubintervall DeltaV = 1mm a value ≥ 0.4; 0.5; 0.6; 0.7.

Einlassströmungen von Verbrennungsmotoren mit Selbstzündung mit vergleichbar relativ großer Kolbenmulde im Stand der Technik haben für kleine Ventilhübe (Bereich von 2mm bis 5mm oder Bereich von 2mm bis 50% von Vhm) eine ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D mit einen Wert um 0,2.Inlet flows of compression ignition internal combustion engines having a relatively large piston recess in the prior art have a valve lift dependent Tippelmann swirl number D with a value around 0.2 for small valve strokes (range of 2mm to 5mm or range of 2mm to 50% of Vhm).

Vorteilhaft weist bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor die Einlassströmung in einen Bereich kleiner Ventilhübe eine Drallanhebung auf, sodass in diesem Ventilhubbereich eine definitive hohe Drallausrichtung der Einlassströmung aufrecht erhalten wird, die bei einem Kolben mit einer relativ großen Kolbenmulde mit einem Verhältnis von Muldenranddurchmesser zu Kolbenranddurchmesser > 0,55 es erlaubt sowohl eine niedrige Partikel - als auch NOx-Rohemissionen zu erreichen.Advantageously, in the internal combustion engine according to the invention, the inlet flow in a range of small valve strokes on a swirl lift, so that in this valve lift a definite high swirl orientation of the inlet flow is maintained, in a piston with a relatively large piston bowl with a ratio of bowl rim diameter to piston rim diameter> 0, It allows both low particulate and raw NOx emissions to be achieved.

Die 5 zeigt Messungen der Drallzahl bei einer Einlasseinrichtung mit einem Drallkanal und einem Füllkanal, wobei der Füllkanal durch eine Drallklappe geschlossen ist (Einkanalbetrieb), und damit ein erhöhter Drall der Einlassströmung bewirkt wird. Die Drallanhebung bei kleinen Ventilhüben wird vorzugsweise durch eine Bearbeitung des Ventilsitzes des Drallkanalventils erreicht. Besonders bevorzugt ist hierbei die erwähnte Sitzdrallfase SDF.The 5 shows measurements of the swirl number in an inlet device with a swirl channel and a filling channel, wherein the filling channel is closed by a swirl flap (single-channel operation), and thus an increased swirl of the inlet flow is effected. The swirl increase at small valve strokes is preferably achieved by machining the valve seat of the swirl passage valve. Particularly preferred is the mentioned Sitzdrallfase SDF.

In 5 ist mit den Kurven 501 bzw. 503 die ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl D gegenüber dem Ventilhub aufgetragen, wobei 501 die Drallzahl gemäß der Erfindung mit einer Sitzdrallfase und die Kurve 503 die Drallzahl bei ansonsten gleichem Drallkanal und Drallkanalventil ohne Drallanhebung durch eine Sitzdrallfase beschreibt.In 5 is with the curves 501 respectively. 503 the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D is plotted against the valve lift, wherein 501 the swirl number according to the invention with a Sitzdrallfase and the curve 503 describes the swirl number with otherwise the same swirl passage and swirl passage valve without swirl increase by a Sitzdrallfase.

Der maximale Ventilhub hat einen Wert von 8mm, kann aber selbstverständlich auch einen davon verschiedenen Wert haben.The maximum valve lift has a value of 8mm, but can of course also have a different value.

Erkennbar ist, dass die Einlassströmung gemäß Kurve 501 bei niedrigen Ventilhüben von 2mm, 3mm oder 4mm jeweils hohe Werte D von 0,7, 0,4 und 0,3 aufweist.It can be seen that the inlet flow according to curve 501 at low valve strokes of 2mm, 3mm or 4mm, each have high values D of 0.7, 0.4 and 0.3.

Bevorzugt sind in Rahmen der Erfindung ferner Werte der Drallzahl > 2; 3; 4 im Ventilhubbereich 2mm bis 5mm.Values of the swirl number> 2; 3; 4 in the valve lift range 2mm to 5mm.

Ferner kann die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh = 2 mm und Vhh = 0.5Vhm eine Drallanhebung mit einer normierten integralen Tippelmann-Drallzahl Di mit einen Wert > 0,40/mm aufweisen. Als normierte integrale Tippelmann - Drallzahl wird das Integral von über ein Ventilhub - Intervall dividiert durch die Intervalllänge bezeichnet.Further, in a valve lift range between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5Vhm, the intake flow may have a swirl increase with a normalized integral Tippelmann swirl number Di having a value> 0.40 / mm. The integral integral Tippelmann swirl number is the integral of a valve lift interval divided by the interval length.

Ferner kann die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh= 2 mm und Vhh=0,5Vhm eine Drallanhebung aufweisen, derart dass bei einer Vermessung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D in Abständen von 0,5 mm die mittlere Tippelmann - Drallzahl Dm für mindestens ein Ventilhubintervall DeltaV= 1mm einen Wert ≥ 0,4 aufweist.Further, the inlet flow in a Ventilhubbereich between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5Vhm have a swirl increase, such that in a measurement of Ventilhubabhängigen Tippelmann swirl number D at intervals of 0.5 mm the average Tippelmann swirl number Dm has a value ≥ 0.4 for at least one valve lift interval DeltaV = 1 mm.

In 5 ist erkennbar, dass die Drallzahl aufgetragen gegen den Ventilhub zwischen einem Wert bei Vh=2mm und einem Wert bei 8mm etwa bei 4mm Ventilhub ein Minimum aufweist. Die Drallzahl nimmt ausgehend von ihrem Wert bei 2mm Ventilhub ab, erreicht in einem Bereich um 0,5 Vhm ein Minimum und steigt anschließend wieder an. Mit dieser „Badewannenform“ gelingt es, bei niedrigem und bei hohem Ventilhub hohe Drallzahlen zu erreichen.In 5 It can be seen that the swirl number plotted against the valve lift between a value at Vh = 2mm and a value at 8mm approximately at 4mm valve lift has a minimum. The swirl number decreases from its value at 2 mm valve lift, reaches a minimum in a range of 0.5 V and then increases again. With this "bathtub shape" it is possible to achieve high swirl numbers with low and high valve lift.

Die Einlassströmung gemäß Kurve 503 hat dagegen für kleine Ventilhübe im Bereich zwischen 2 und 4 mm geringere Drallzahlen D im Bereich zwischen 0,15 und 2.The inlet flow according to curve 503 on the other hand has smaller swirl numbers D in the range between 0.15 and 2 for small valve strokes in the range between 2 and 4 mm.

Erfindungsgemäß ist ferner ein hoher Drall D von mehr als 0,4 auch bei maximalem Ventilhub vorgesehen um damit die Gemischaufbereitung weiter zu verbessern. Der hohe Drall bei maximalem Ventilhub wird vorzugsweise durch Auslegung des Drallkanals erreicht.According to the invention, a high twist D of more than 0.4 is also provided at maximum valve lift in order to further improve the mixture preparation. The high swirl at maximum valve lift is preferably achieved by designing the swirl duct.

Neben dem Drallzahl ist der Durchfluss durch das oder die Einlassventile eine wichtige Größe zur Charakterisierung der Einlassströmung.In addition to the swirl number, the flow through the inlet valve (s) is an important parameter for characterizing the inlet flow.

Der ventilhubabhängige Durchflusskoeffizient αk charakterisiert die Einströmung in den Zylinder durch das oder die Einlassventile, das heißt die Durchlässigkeit des Ventils, wobei man einen tatsächlich durchgesetzten Luftmassenstrom auf einen theoretisch möglichen Luftmassenstrom bezieht, wie beispielsweise in der Veröffentlichung C. Kopp, Variable Ventilsteuerung für PKW-Dieselmotoren mit einer Direkteinspritzung, Magdeburg 2006 dargestellt ist. Ein hoher Wert von α k wirkt sich positiv auf die Zylinderfüllung aus.The valve lift-dependent flow coefficient αk characterizes the inflow into the cylinder through the intake valve (s), that is, the permeability of the valve, where an actual air mass flow is related to a theoretically possible air mass flow, as for example in the publication C. Kopp, Variable Valve Timing for Cars Diesel engines with direct injection, Magdeburg 2006 is shown. A high value of α k has a positive effect on the cylinder filling.

α k für einen Zylinder kann gemäß der folgenden Formel ermittelt werden. α k = m t a t s m t h e o r = m t a t s A Z y l c s p s

Figure DE102007053890B4_0002

  • • mtats -tatsächlicher Luftmassenstrom [kg/s]
  • • mtheor -theoretischer Luftmassenstrom [kg/s]
  • • Azyl -Querschnittsfläche des Messzylinders [m2]
  • • cs -Strömungsgeschwindigkeit bei isentroper Durchströmung [m/s]
  • • ps -Luftdichte im Zylinder bei isentroper Durchströmung [kg/m3]
wobei c s = 2 κ R L T κ l [ 1 ( p n a c h p v o r ) K 1 K ]
Figure DE102007053890B4_0003
  • • RL -spezielle Gaskonstante für Luft [J/(kg·K)]
  • • T -Temperatur [K]
  • • κ -Isentropenexponent [-]
  • • pnach -Druck nach Ventil [Pa]
  • • pvor -Druck vor Ventil [Pa]
p s = p v o r R L T ( p n a c h p v o r ) 1 K
Figure DE102007053890B4_0004
α k for a cylinder can be determined according to the following formula. α k = m t a t s m t H e O r = m t a t s A Z y l c s p s
Figure DE102007053890B4_0002
  • • m tats -tatsächlicher air mass flow [kg / s]
  • Theoretical mass air flow [kg / s]
  • • A cyl cross- sectional area of the measuring cylinder [m 2 ]
  • • c s flow velocity at isentropic flow [m / s]
  • • p s- air density in the cylinder during isentropic flow [kg / m 3 ]
in which c s = 2 κ R L T κ - l [ 1 - ( p n a c H p v O r ) K - 1 K ]
Figure DE102007053890B4_0003
  • • R L -special gas constant for air [J / (kg · K)]
  • • T temperature [K]
  • • κ-isotropic exponent [-]
  • • p after pressure after valve [Pa]
  • pre- pressure before valve [Pa]
p s = p v O r R L T ( p n a c H p v O r ) 1 K
Figure DE102007053890B4_0004

Der Druck vor dem Ventil pvor entspricht in den obigen Gleichungen dem Umgebungsdruck. Nach dem Ventil ist der im Messzylinder herrschende Druck pnach durch den Verdichter des Prüfstandes vorgegeben. Bei der Messung wird eine konstante Druckdifferenz von 50hPa eingestellt.The pressure before the valve p before corresponds to the ambient pressure in the above equations. After the valve the pressure prevailing in the measuring cylinder pressure p is given by by the compressor of the test stand. During the measurement a constant pressure difference of 50hPa is set.

Bei der Auslegung der Einlasskanäle und der Einlassventile wird vorzugsweise einem Zielkonflikt zwischen hohem Drall für eine gute Gemischaufbereitung und einer hohen Durchlässigkeit des Ventils für eine gute Zylinderfüllung Rechnung getragen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass bei geringen Ventilhüben eine Drallanhebung und bei maximalem Ventilhub ein hoher Durchfluss vorgesehen ist.When designing the intake ports and the intake valves, it is preferable to take into account a trade-off between high swirl for good mixture preparation and high valve permeability for good cylinder charge. This is achieved by providing a swirl increase at low valve lifts and a high flow at maximum valve lift.

In 5 stellt Kurve 503 den Verlauf des ventilhubabhängigen Durchflusskoeffizient αk in einem Bereich des Ventilhubs zwischen 2 mm und 8 mm dar.In 5 turns curve 503 the course of the valve lift-dependent flow coefficient αk in a range of the valve lift between 2 mm and 8 mm.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Motor bei 8 mm Ventilhub der Durchflusskoeffizient > 0,04. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Durchflusskoeffizient αk > 0,045 oder 0,005 bei 8 mm Ventilhub. Damit wird bei der Erfindung ein hoher Drall bei kleinen Ventilhüben mit einem hohen Durchflussflusskoeffizienten bei großen bzw. maximalen Ventilhub kombiniert.Preferably, with the engine according to the invention at 8 mm valve lift, the flow coefficient is> 0.04. In further embodiments of the invention, the flow coefficient αk is> 0.045 or 0.005 at 8 mm valve lift. Thus, in the invention, a high swirl is combined with small valve strokes with a high flow coefficient at large or maximum valve lift.

Die 6 zeigt Messungen der Drallzahl bei einer Einlasseinrichtung mit einem Drallkanal und einem vollständig geöffneten Füllkanal (Zweikanalbetrieb), wobei der Füllkanal nicht durch eine Drallkappe geschlossen ist und damit ein höherer Durchsatz an Ladeluft erreicht werden kann. Bei einem Ventilhub in einem Bereich zwischen 2 und 4 mm weist die ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl einen Wert > 0,035 auf. Bei 2 mm Ventilhub ist die Drallzahl > 0,45. Bei einem Ventilhub von 8 mm ist die Drallzahl > als 0,35.The 6 shows measurements of the swirl number in an inlet device with a swirl channel and a fully open filling channel (two-channel operation), wherein the filling channel is not closed by a swirl cap and thus a higher throughput of charge air can be achieved. For a valve lift in a range between 2 and 4 mm, the valve lift-dependent Tippelmann swirl number has a value> 0.035. With a 2 mm valve lift, the swirl number is> 0.45. With a valve lift of 8 mm, the swirl number is> 0.35.

In 6 ist analog zu 5 erkennbar, dass die Drallzahl aufgetragen gegen den Ventilhub zwischen einem Wert bei Vh=2mm und einem Wert bei 8mm etwa bei 4mm Ventilhub ein Minimum aufweist. Die Drallzahl nimmt ausgehend von ihrem Wert bei 2mm Ventilhub ab, erreicht in einem Bereich um 0,5 Vhm (8mm) ihr Minimum und steigt anschließend wieder an. Mit dieser „Badewannenform“ gelingt es, bei niedrigem und bei hohem Ventilhub hohe Drallzahlen zu erreichen.In 6 is analogous to 5 recognizable that the swirl number plotted against the valve lift between a value at Vh = 2mm and a value at 8mm approximately at 4mm valve lift has a minimum. The swirl number decreases from its value at 2mm valve lift, reaches its minimum within a range of 0.5 Vhm (8mm) and then increases again. With this "bathtub shape" it is possible to achieve high swirl numbers with low and high valve lift.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Drallzahl bei 8mm Ventilhub einen Wert von maximal 0,6 auf.In a further embodiment, the swirl number at 8 mm valve lift has a maximum value of 0.6.

Die Kurve 602 stellt den Verlauf des ventilhubabhängigen Durchflusskoeffizienten ak dar und zeigt gegenüber der Kurve 502 der 5 eine Erhöhung des ventilhubabhängigen Durchflusskoeffizienten ak.The curve 602 represents the course of the valve lift-dependent flow coefficient ak and points opposite to the curve 502 of the 5 an increase in the valve lift-dependent flow coefficient ak.

Die Erfindung ermöglicht es, betriebspunktabhängig bei konstanter NOx- Roh -Emission die Ruß -Roh-Emissionen in Abhängigkeit von einer Öffnungsstellung einer Drallklappe einzustellen.The invention makes it possible to adjust the soot-carbon emissions as a function of an opening position of a swirl flap depending on the operating point with a constant NOx crude emission.

In 7 sind beispielhaft für einen aufgeladenen 4-Zylinder-Dieselmotor mit 1,968cm3 Hubraum und einer Bohrung von 81mm bei 95,5mm Hub, einem Muldendurchmesser von 53mm, einem Muldenranddurchmesser von 51,88mm, einer maximalen Leistung von 103kW bei einer Drehzahl von 4200 l/Min., einen maximalen Drehmoment von 320Nm bei einer Drehzahl von 1750 bis 2500 l/Min., einer Verdichtung von 16,5 zu 1 Ruß - Roh- Emissionen in Einheiten von Filter-Smoke-Number (FSN) bei konstanter NOx-Rohemisson von 0,5g/kWh dargestellt. Der Betriebspunkt liegt bei einer Drehzahl von 1500 l/Min. und einem effektiven Mitteldruck von 2 bar. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diesen konkreten Motor beschränkt ist, sondern gleichartige Motoren, ggfs auch ohne Aufladung umfasst.In 7 are exemplary for a supercharged 4-cylinder diesel engine with 1,968cm 3 of displacement and a bore of 81mm at 95,5mm stroke, a depression diameter of 53mm, a bowl rim diameter of 51,88mm, a maximum power of 103kW at a speed of 4200 l / Min., A maximum torque of 320Nm at a speed of 1750 to 2500 l / min., A compression of 16.5 to 1 soot - raw emissions in units of filter smoke number (FSN) at a constant NOx raw emission of 0.5g / kWh shown. The operating point is at a speed of 1500 l / min. and an effective mean pressure of 2 bar. It is understood that the invention is not limited to this specific engine, but includes similar engines, if necessary, even without charging.

Die hier eingesetzte Einlasseinrichtung weist dabei einen Drallkanal und einen Füllkanal auf, wobei der Füllkanal mit einer Drallklappe versehen ist. Die Drallklappe kann, vorzugsweise stufenlos in verschiedene Öffnungsstellungen geschaltet werden, wobei bei einer Stellung von 90° die Drallklappe geschlossen und bei einer Öffnungsstellung von 0° voll geöffnet ist. Zwischenpositionen von 60° und 40° sind bevorzugt.The inlet device used here has a swirl channel and a filling channel, wherein the filling channel is provided with a swirl flap. The swirl flap can, preferably continuously be switched to different open positions, wherein at a position of 90 °, the swirl flap is closed and fully open at an open position of 0 °. Intermediate positions of 60 ° and 40 ° are preferred.

Die Kurve 701 bezeichnet den Verlauf der Rußemissionen bei einem erfindungsgemäßen Motor mit Drallanhebung. Zum Vergleich zeigt die Kurve 702 den Verlauf der Rußemission in Abhängigkeit von der Öffnungsstellung der Drallklappe bei einem gleichen Motor ohne Drallanhebung. Erkennbar ist, dass die Rußemissionen gemäß Kurve 701 für den erfindungsgemäßen Motor bei allen Öffnungspositionen um mindestens 0,1 FSN unter den Werten der Vergleichskurve 702 liegen. Erkennbar ist ferner, dass die Rußemissionen bei geschlossener Drallklappe, d. h. einem Einkanalbetrieb über den Drallkanal am niedrigsten ist und mit zunehmender Öffnung der Drallklappe ansteigen.The curve 701 indicates the course of the soot emissions in an inventive engine with swirl lift. For comparison, the curve shows 702 the course of the soot emission as a function of the opening position of the swirl flap in a same engine without swirl increase. It can be seen that the soot emissions according to curve 701 for the engine according to the invention at all opening positions by at least 0.1 FSN below the values of the comparison curve 702 lie. It can also be seen that the soot emissions with a closed swirl flap, ie a single-channel operation via the swirl duct, are the lowest and increase with increasing opening of the swirl flap.

In 8 sind für den gleichen Motor in einem Betriebspunkt mit einer Drehzahl von 2000 l/Min und einem effektiven Mitteldruck von 8 bar die Rußemission bei einer konstanten NOx-Rohmission von 1,3 g/kWh für verschiedene Öffnungsstellungen der Drallklappe dargestellt. Die Kurve 801 bezeichnet den Verlauf der Rußemission in Abhängigkeit von der Öffnungsstellung der Drallklappe gemäß der Erfindung, während die Kurve 802 Vergleichsdaten ohne erfindungsgemäße Drallanhebung zeigt. Es ist erkennbar, dass die Rußemission im erfindungsgemäßen Fall um mindestens 0,1 FSN niedriger als im Fall konventioneller Technik liegen. Im Unterschied zur Situation gemäß 7 ist in diesem Betriebspunkt der Zweikanalbetrieb mit vollständig geöffneter Drallklappe günstiger als der Einkanalbetrieb.In 8th For the same engine at an operating point of 2000 l / min and an effective mean pressure of 8 bar, the soot emissions at a constant NOx raw emissions of 1.3 g / kWh are shown for different opening positions of the swirl flap. The curve 801 indicates the course of the soot emission as a function of the open position of the swirl flap according to the invention, while the curve 802 Comparative data without swirl increase according to the invention shows. It can be seen that the soot emission in the case according to the invention is at least 0.1 FSN lower than in the case of conventional technology. In contrast to the situation according to 7 At this operating point, the two-channel operation with fully open swirl flap is more favorable than the single-channel operation.

In 9 sind für den gleichen Motor bei einem Betriebspunkt bei einer Drehzahl von 2000 l/min und einem effektiven Mitteldruck von 5 bar die Ruß- Rohemissionen bei einer konstanten NOx-Rohemission von 1 g/kwh verschiedene Öffnungsstellungen der Drallklappe dargestellt. Die Kurve 901 bezeichnet den Verlauf der Rußemissionabhängigkeit von der Öffnungsstelle der Drallklappe gemäß der Erfindung, während die Kurve 902 Vergleichsdaten ohne erfindungsgemäße Drallanhebung zeigt. Ein minimaler Wert der Rußemission liegt hier bei einer Zwischenposition der Drallklappe mit einer Öffnungsstellung von ca. 60 °.In 9 are for the same engine at an operating point at a speed of 2000 l / min and an effective mean pressure of 5 bar, the soot raw emissions at a constant NOx raw emissions of 1 g / kwh different opening positions of the swirl flap shown. The curve 901 indicates the course of the soot emission dependency from the opening position of the swirl flap according to the invention, while the curve 902 Comparative data without swirl increase according to the invention shows. A minimum value of the soot emission is here at an intermediate position of the swirl flap with an open position of about 60 °.

Die 10-11 zeigen den 7-9 entsprechende Darstellungen, wobei die Rußemissionen nicht in Einheiten FSN sondern in Einheiten g/kWh aufgetragen sind.The 10-11 show the 7-9 corresponding representations, wherein the soot emissions are plotted not in units FSN but in units g / kWh.

Der Verbrennungsmotor mit Selbstzündung kann daher, wenn das Drallkanalventil eine Bearbeitung zur Drallanhebung bei kleinen Ventilhüben aufweist mittels unterschiedlicher Öffnungsstellungen der Drallklappe so betrieben werden, dass in einem Betriebspunkt von 1500 l/Min. und einem effektiven Mitteldruck von 2 bar und einer konstanten NOx-Rohemission von < als 0,7 g/kWh eine Rußzahl von <0,2 FSN (dies entspricht von Rußemissionen von < als 0,2 g/kWh) eingestellt wird. Die Drallanhebung besteht vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2mm und 4mm, ggfs. mit Drallwerten sowie Durchflusskoeffizienten wie in Zusammenhang mit den 5 und 6 und der zugehörigen Beschreibung dargestellt wurde.The internal combustion engine with auto-ignition can therefore, if the swirl duct valve has a machining for swirl increase at small valve lifts operated by means of different opening positions of the swirl flap so that at an operating point of 1500 l / min. and an effective mean pressure of 2 bar and a constant NOx raw emissions of <than 0.7 g / kWh a soot number of <0.2 FSN (this corresponds to soot emissions of <than 0.2 g / kWh) is set. The swirl increase is preferably in a range between 2mm and 4mm, if necessary. With spin values and flow coefficients as in connection with the 5 and 6 and the associated description has been presented.

Ferner ist vorgesehen, dass in einem Betriebspunkt mit 2000 l/Min. und 5 bar effektiven Mitteldruck und einer NOx-Rohemission von < als 1,2 g/kWh eine Rußzahl eine Rußzahl FSN von < als 0,8 (entsprechend Rußemissionen von < als 0,1 g/kWh) eingestellt wird und/oder in einem Betriebspunkt bei 2000 1/Min. und 8 bar effektiven Mitteldruck und einer konstanten NOx-Rohemission von weniger als 1,5 g/kWh eine Rußzahl < 1FSN (entsprechend Rußemissionen von weniger als 0,2 g/kWh) eingestellt wird.It is also envisaged that at an operating point of 2000 l / min. and 5 bar effective mean pressure and a raw NOx emission of <than 1.2 g / kWh soot a soot number FSN of <0.8 (corresponding to soot emissions of <than 0.1 g / kWh) is set and / or in one Operating point at 2000 1 / min. and 8 bar effective mean pressure and a constant NOx raw emission of less than 1.5 g / kWh a soot number <1FSN (corresponding to soot emissions of less than 0.2 g / kWh) is set.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
102102
Motorblockblock
103103
Einlasseinrichtungintake means
104104
Einspritzsysteminjection
105105
Auslasseinrichtungoutlet
106106
Abgassystemexhaust system
107107
Partikelfilterparticulate Filter
107a107a
Katalysatorcatalyst
108108
AbgasrückführsystemExhaust gas recirculation system
109109
AbgasrückführventilExhaust gas recirculation valve
110110
AbgasrückführkühlungExhaust gas recirculation cooling
111111
KühlkreislaufCooling circuit
115115
Turboladerturbocharger
116116
LadeluftkühlerIntercooler
201201
Kolbenkopfpiston head
202202
Oberfläche des KolbenkopfsSurface of the piston head
203203
MuldenranddurchmesserBowl rim diameter
204204
KolbendurchmesserPiston diameter
205205
Kühlkanalcooling channel
206206
Kolbenmuldepiston bowl
207207
Muldenkonturdepression contour
208208
Muldenrandbowl edge
209209
Kolbenachsepiston axis
301301
Drallkanalswirl channel
302302
Füllkanalfilling channel
303303
Drallklappeswirl flap
304304
Luftstrom-DrallkanalAirflow swirl channel
305305
Luftstrom FüllkanalAir flow filling channel
306306
Zylindercylinder
307307
VentilValve
308308
VentilValve
310310
Einlasseinrichtungintake means
315315
Ventilsitzvalve seat
316316
Ventilsitzvalve seat
317317
Spaltgap
401401
Tippelmann-MessstandTippelmann Measuring Stand
402402
Zylindercylinder
403403
Wabehoneycomb
404404
Einlasskanalinlet channel
405405
VentilValve
406406
Drallströmungswirl flow
407407
Zylinderachsecylinder axis
501501
KurveCurve
502502
KurveCurve
601601
KurveCurve
602602
KurveCurve
701701
KurveCurve
702702
KurveCurve
801801
KurveCurve
802802
KurveCurve
901901
KurveCurve
902902
KurveCurve

Claims (21)

Verbrennungsmotor (101) mit Selbstzündung mit einem Motorblock (102) mit zumindest einem Zylinder (306, 402) und einem diesen zugeordneten Kolben, einem Einspritzsystem (104) zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder (306, 402) sowie einer Einlasseinrichtung (103, 310) für Ladeluft mit zumindest einem Einlasskanal (404) und einem diesem zugeordneten Einlassventil und einer Auslasseinrichtung (105) für Abgas mit zumindest einem Auslasskanal und einem diesem zugeordneten Auslassventil und einem anschließendem Abgassystem (106) mit Partikelfilter (107) wobei der Zylinder (306, 402) einen Zylinderkopf und der Kolben einen Kolbenkopf (201) aufweist und Zylinderkopf und Kolbenkopf (201) Innenflächen eines Brennraumes bilden und in der Oberfläche des Kolbenkopfs (202) eine Kolbenmulde (206) mit einem Muldenrand (208) angeordnet ist, wobei bei einem auf einen Kreis normierten Muldenrand (208) das Verhältnis von Muldenranddurchmesser (203) zu Kolbendurchmesser (204) größer 0,55 ist oder bei einer zu 90% gefüllten Kolbenmulde (206) bei einer auf einen Kreis normierten Füllfläche das Verhältnis der Füllfläche zur Kolbenquerschnittsfläche > 0,30 ist ein Einlasskanal (404) als Drallkanal (301) mit einem zugeordneten Drallkanalventil ausgebildet ist, wobei die Einlassströmung in den Brennraum einen Drall erhält, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest einen ausgewählten Zylinder (306, 402) die Einlassströmung bei zumindest einem Ventilhub Vh zwischen 2 mm und Vhh = 0,5Vhm eine Drallanhebung mit einer ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D einen Wert > 0,3 aufweist, wobei Vhm den maximalen Ventilhub oder insbesondere einen Wert Vhm = 8mm bezeichnet, die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen Vh = 2 mm und Vhh = 0.5Vhm eine Drallanhebung mit einer normierten integralen Tippelmann-Drallzahl Di einen Wert > 0,40/mm aufweist oder die Einlassströmung in einem Ventilhubbereich zwischen 2 mm und Vhh = 0,5Vhm eine Drallanhebung aufweist, derart, dass bei einer Vermessung der ventilhubabhängigen Tippelmann-Drallzahl D in Abständen von 0,5 mm die mittlere Tippelmann-Drallzahl Dm für mindestens ein Ventilhubintervall DeltaV = 1mm einen Wert ≥ 0,4 aufweist.A self-ignition internal combustion engine (101) having an engine block (102) having at least one cylinder (306, 402) and a piston associated therewith, an injection system (104) for direct fuel injection into the cylinder (306, 402) and an intake device (103, 310 ) for charge air with at least one inlet channel (404) and an inlet valve (110) for exhaust gas with at least one outlet channel and an exhaust valve associated therewith and a subsequent exhaust system (106) with particulate filter (107), wherein the cylinder (306, 402) comprises a cylinder head and the piston has a piston head (201) and cylinder head and piston head (201) inner surfaces of a combustion chamber and in the surface of the piston head (202) has a piston recess (206) is arranged with a trough edge (208), wherein at a on a circle standardized trough edge (208) the ratio of bowl edge diameter (203) to piston diameter (204) greater than 0, 55 or in a 90% filled piston bowl (206) at one on a circle normalized filling surface, the ratio of the filling surface to the piston cross-sectional area> 0.30, an inlet channel (404) is formed as a swirl channel (301) with an associated swirl channel valve, wherein the inlet flow into the combustion chamber receives a twist, characterized in that for at least one selected cylinder ( 306, 402) the inlet flow at at least one valve lift Vh between 2 mm and Vhh = 0.5Vhm a swirl increase with a valve lift-dependent Tippelmann swirl D has a value> 0.3, where Vhm the maximum valve lift or in particular a value Vhm = 8mm , the inlet flow in a valve lift range between Vh = 2 mm and Vhh = 0.5Vhm a swirl increase with a normalized integral Tippelmann swirl Di has a value> 0.40 / mm or the inlet flow in a valve lift between 2 mm and Vhh = 0.5Vhm having a swirl increase, such that during a measurement of the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D at intervals of 0.5 mm, the mean Tippelmann swirl number Dm has a value ≥ 0.4 for at least one valve lift interval DeltaV = 1 mm. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassströmung bei maximalen Ventilhub Vhm, insbesondere mit Vhm = 8 mm, eine ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl D einen Wert > 0,4 und/oder das Einlassventil einen ventilhubabhängigen Durchflusskoeffizienten αK > 0,04 aufweist.Internal combustion engine (101) after Claim 1 , characterized in that the inlet flow at maximum valve lift Vhm, in particular with Vhm = 8 mm, a valve lift-dependent Tippelmann swirl D has a value> 0.4 and / or the inlet valve a valve lift-dependent flow coefficient αK> 0.04. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasseinrichtung (103) als weiteren Einlasskanal einen Füllkanal (302) mit einem zugeordneten Füllkanalventil aufweist.Internal combustion engine (101) after Claim 1 or 2 , characterized in that the inlet device (103) has as a further inlet channel a filling channel (302) with an associated filling channel valve. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkanal (302) durch eine schaltbare Drallklappe (303) geöffnet und geschlossen werden kann, wobei die Drallklappe (303) vorzugsweise mindestens zwei Öffnungsstellungen aufweist.Internal combustion engine (101) after Claim 3 , characterized in that the filling channel (302) can be opened and closed by a switchable swirl flap (303), wherein the swirl flap (303) preferably has at least two open positions. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassströmung bei vollständig geöffnetem Füllkanal (302) bei zumindest einem Ventilhub Vh zwischen 2 mm und Vhh = 0.5Vhm eine ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl D einen Wert > 0,3 aufweist.Internal combustion engine (101) after Claim 3 or 4 , characterized in that the inlet flow at fully open Füllkanal (302) at least one valve lift Vh between 2 mm and Vhh = 0.5Vhm a Ventilhubabhängige Tippelmann swirl number D has a value> 0.3. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei maximalem Ventilhub Vhm und vollständig geöffnetem Füllkanal (302) die ventilhubabhängige Tippelmann-Drallzahl D einen Wert > 0,6 und/oder der ventilhubabhängige Durchlasskoeffizient αK von Drallkanalventil und Füllkanalventil einen Wert > 0,06 aufweist.Internal combustion engine (101) after Claim 5 , characterized in that at maximum valve lift Vhm and fully open Füllkanal (302) the valve lift-dependent Tippelmann swirl number D has a value> 0.6 and / or the valve lift-dependent passage coefficient αK of swirl passage valve and Füllkanalventil has a value> 0.06. Verbrennungsmotor (101) nach einem der Ansprüche1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einem effektiven Mitteldruck pme von weniger als 4 bar ein Betrieb lediglich mit über den Drallkanal (301) zugeführter Ladeluft möglich ist.Internal combustion engine (101) according to one of claims 1 to 6, characterized in that up to an effective mean pressure pme of less than 4 bar operation is possible only with the charge air supplied via the swirl duct (301). Verbrennungsmotor (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Bereich zwischen 3 und 7 bar ein Betrieb mit einem teilweise geöffneten Füllkanal (302) möglich ist.Internal combustion engine (101) according to one of Claims 3 to 7 , characterized in that after a range between 3 and 7 bar operation with a partially open filling channel (302) is possible. Verbrennungsmotor (101) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für einen effektiven Mitteldruck pme > 5 bar ein Betrieb mit vollständig geöffnetem Füllkanal (302) möglich ist.Internal combustion engine (101) according to one of Claims 3 to 8th , characterized in that for an effective mean pressure pme> 5 bar operation with a fully open filling channel (302) is possible. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallklappe (303) um eine Achse schwenkbar ist und zumindest zwei Öffnungsstellungen aus der Gruppe der Öffnungsstellungen von 90°, 60°, 40° oder 0° einnehmen kann.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 4 to 9 , characterized in that the swirl flap (303) is pivotable about an axis and can assume at least two open positions from the group of the open positions of 90 °, 60 °, 40 ° or 0 °. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (101) bei einer Drehzahl von 1500 l/Min. und einem effektiven Mitteldruck von 2 bar bei konstanter NOx-Emission Rußemissionen aufweist, die um einen Wert von mindestens 0,1 Einheiten unter dem Wert der Rußemissionen ohne Drallanhebung bei gleicher Drehzahl, gleichem effektiven Mitteldruck und gleicher NOx-Emission liegen.Internal combustion engine (101) after Claim 10 , characterized in that the internal combustion engine (101) at a speed of 1500 l / min. and an effective mean pressure of 2 bar with constant NOx emission has soot emissions that are at least 0.1 units below the value of the soot emissions without swirl increase at the same speed, the same mean effective pressure and the same NOx emission. Verbrennungsmotor (101) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebspunkt mit einer Drehzahl von 2000 1/Min. und einem effektiven Mitteldruck von 8 bar die Rußemissionen um einen Wert von mindesten 0,1 Einheiten unter dem Wert ohne Drallanhebung im gleichen Betriebspunkt liegen.Internal combustion engine (101) after Claim 10 or 11 , characterized in that at an operating point with a speed of 2000 1 / min. and an effective mean pressure of 8 bar, the soot emissions are at least 0.1 units below the value without swirl elevation at the same operating point. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasrückführungssystem (108) vorgesehen ist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 12 , characterized in that an exhaust gas recirculation system (108) is provided. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasturbolader vorgesehen ist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 13 , characterized in that an exhaust gas turbocharger is provided. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem (104) als Common-Rail-System ausgebildet ist. Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 14 , characterized in that the injection system (104) is designed as a common rail system. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmulde (206) einen mittleren Bereich mit geringerer Tiefe und einen peripheren Bereich mit einer größeren Tiefe, jeweils bezogen auf den ebenen Bereich der Kolbenoberfläche aufweist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 15 , characterized in that the piston recess (206) has a central region with a smaller depth and a peripheral region with a greater depth, in each case with respect to the flat region of the piston surface. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenmulde (206) in ihrem peripheren Wandbereich eine Hinterschneidung aufweist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 16 , characterized in that the piston recess (206) has an undercut in its peripheral wall region. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Zylinder (306, 402) eine Bohrung < = 100 mm aufweist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 17 , characterized in that the selected cylinder (306, 402) has a bore <= 100 mm. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Einzelzylindervolumen < = 0,8 L ist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 18 , characterized in that the single cylinder volume is <= 0.8 L. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nenndrehzahl > als 3100 l/Min. ist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 19 , characterized in that the rated speed> than 3100 l / min. is. Verbrennungsmotor (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifische Leistung > als 30 kW ist.Internal combustion engine (101) according to one of the preceding Claims 1 to 20 , characterized in that the specific power is> 30 kW.
DE102007053890.3A 2007-11-09 2007-11-09 Internal combustion engine with auto-ignition Active DE102007053890B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007053890.3A DE102007053890B4 (en) 2007-11-09 2007-11-09 Internal combustion engine with auto-ignition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007053890.3A DE102007053890B4 (en) 2007-11-09 2007-11-09 Internal combustion engine with auto-ignition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007053890A1 DE102007053890A1 (en) 2009-05-14
DE102007053890B4 true DE102007053890B4 (en) 2019-02-07

Family

ID=40530641

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007053890.3A Active DE102007053890B4 (en) 2007-11-09 2007-11-09 Internal combustion engine with auto-ignition

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007053890B4 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009043480A1 (en) 2009-09-30 2011-03-31 Volkswagen Ag Method for operating internal combustion engine of motor vehicle, involves flowing supercharged air in cylinder through inlet device with two inlet channels and assigned inlet valve
DE102018210490B4 (en) * 2018-06-27 2020-08-06 Ford Global Technologies, Llc Determination of the isentropic efficiency of a turbomachine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3612029A1 (en) 1985-05-02 1986-11-06 Steyr-Daimler-Puch Ag, Wien AIR COMPRESSING PISTON COMBUSTION ENGINE
DE69102839T2 (en) 1990-08-16 1995-01-12 Nissan Motor Diesel engine with direct injection.
DE10048238A1 (en) 2000-09-29 2002-04-11 Daimler Chrysler Ag Method for operating a diesel internal combustion engine
DE19621635B4 (en) 1996-05-30 2004-02-05 Audi Ag Diesel engine
EP1475526A1 (en) * 1997-12-15 2004-11-10 Nissan Motor Company, Limited Diesel engine
DE102005051740A1 (en) * 2004-12-04 2006-06-08 Daimlerchrysler Ag Combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine
DE10348366B4 (en) 2002-10-22 2007-06-21 Avl List Gmbh Method for operating a direct-injection diesel internal combustion engine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3612029A1 (en) 1985-05-02 1986-11-06 Steyr-Daimler-Puch Ag, Wien AIR COMPRESSING PISTON COMBUSTION ENGINE
DE69102839T2 (en) 1990-08-16 1995-01-12 Nissan Motor Diesel engine with direct injection.
DE19621635B4 (en) 1996-05-30 2004-02-05 Audi Ag Diesel engine
EP1475526A1 (en) * 1997-12-15 2004-11-10 Nissan Motor Company, Limited Diesel engine
DE69833526T2 (en) 1997-12-15 2006-08-10 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama Diesel engine
DE10048238A1 (en) 2000-09-29 2002-04-11 Daimler Chrysler Ag Method for operating a diesel internal combustion engine
DE10348366B4 (en) 2002-10-22 2007-06-21 Avl List Gmbh Method for operating a direct-injection diesel internal combustion engine
DE102005051740A1 (en) * 2004-12-04 2006-06-08 Daimlerchrysler Ag Combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tippelmann - Drallzahl charakterisiert, die auf einem Tippelmann - Prüfstand gemessen werden kann; vgl. J.B. Heywood Internal Combustion Engine Fundamentals, 1998

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007053890A1 (en) 2009-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60200696T2 (en) Four-stroke internal combustion engine for motor vehicles
DE102011105907B4 (en) Diesel engine, method of controlling and regulating the diesel engine and computer program product
DE602005003329T2 (en) Internal combustion engine and method for controlling the switching of the operating mode
EP2041414B1 (en) Method for operating a spark-ignition engine
DE102013210611B4 (en) Partial shutdown engine and method of operating such an internal combustion engine
DE102018006447A1 (en) Engine, method of engine control, engine control and computer program product
DE102011109315A1 (en) Diesel engine with charging system, method and apparatus for controlling the same, and computer program product
DE112012003878T5 (en) Control system and control method of a gasoline engine
DE102007053966B4 (en) Internal combustion engine with auto-ignition and swirl lift of an intake flow
EP2462333A1 (en) Internal combustion engine
EP2801714A1 (en) ICE with a cylinder which can be switched off and method to operate such an ICE
DE112005002669B4 (en) Air management strategy for a self-ignition in a compression ignition engine
DE102011077148A1 (en) Heavy oil operated internal combustion engine for e.g. passenger car, has cylinders whose exhaust gas is delivered to inlet side of engine via pump, where cylinders are equipped with low-sulfur fuel appropriate for exhaust gas recirculation
EP2103790B1 (en) Method to operate a combustion engine with self-ignition and optimised injector
WO2005035958A1 (en) Method for optimizing the operation of a charged reciprocating internal combustion engine in the lower engine speed range
DE102007053891B4 (en) Method for operating an internal combustion engine with auto-ignition
DE102016208208A1 (en) Internal combustion engine and motor vehicle
DE102007053890B4 (en) Internal combustion engine with auto-ignition
EP2052140B1 (en) Internal combustion engine for gas and gasoline
DE112015004484B4 (en) DIESEL ENGINE
DE102009043479A1 (en) Self-igniting internal combustion engine has cylinder, injection system for direct fuel injection in combustion chamber of cylinder and exhaust gas turbocharger
DE102014106153A1 (en) Intake system of an internal combustion engine
DE19932119C2 (en) Spark-ignition reciprocating internal combustion engine
DE102015200045A1 (en) Method for the optimized operation of an internal combustion engine and internal combustion engine for carrying out such a method
EP2625407A2 (en) Operational method of an internal combustion engine with an egr catalyst during the transition between the hcci combustion mode and the spark-ignited combustion mode

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20140710

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative

Representative=s name: BUNGARTZ, FLORIAN, DIPL.-ING., DE