DE102009036530A1

DE102009036530A1 - Verbrennungskraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102009036530A1
Application number: DE102009036530A
Authority: DE
Inventors: Andreas Sehr
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-10

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit zumindest äußerer Gemischbildung, wobei für jeden Zylinder (2) ein erster und davon getrennter zweiter Einlasskanal (3, 4) und zumindest ein Auslasskanal und mindestens eine Zündeinrichtung vorgesehen sind, mit einer Anordnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) zumindest im ersten Einlasskanal (3) und einer Aufladevorrichtung, die mindestens einen Verdichter umfasst, der einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist und einer Steuereinrichtung zur Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlasskanäle (3, 4). Die Steuereinrichtung steuert eine Absperrvorrichtung (9, 16), die dem ersten Einlasskanal (3) zugeordnet ist, die in Strömungsrichtung betrachtet, hinter der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung ein Absperren des ersten Einlasskanals (3) und Zurückhalten von dort eingespritztem Kraftstoff und Öffnen des zweiten Einlasskanals (4) in den Zylinder (2) bei gleichzeitiger Öffnung eines Auslassventils (13, 14) und Ausspülung des Zylinders (2) in den Auslasskanal vorsieht. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende, aufgeladene Verbrennungskraftmaschine mit zumindest äußerer Gemischbildung, bevorzugt mit einer vorzugsweise homogenen Gemischaufbereitung mittels äußerer Gemischbildung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine.
Aus der DE 103 46 747 A1 ist eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine bekannt, die Mittel zur Erhöhung des Ladedrucks in der Einlassanlage aufweist und bei der das Auslassventil mit einer Abgasanlage und ein Einlassventil mit einer Lufteinlassanlage in Verbindung steht. Zur Verbesserung der Kolbenbrennkraftmaschine im Anfahrbetrieb und bei niedrigen Drehzahlen wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Einlassöffnungszeitpunkte der Einlassventile so gestellt werden, dass eine Ventilüberschneidung mit dem Schließzeitpunkt der zugehörigen Auslassventile gegeben ist und so der Zylinder vor dem Ladungswechsel im Bereich des oberen Totpunktes mit frischer Ladeluft gespült wird. Das beschriebene Verfahren bezieht sich ausschließlich auf Kolbenbrennkraftmaschinen mit einer unmittelbaren Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder.
Eine Verbrennungskraftmaschine mit einer variablen Ventilsteuerung und auswahlbaren Einspritzmodi ist aus der EP 1 338 778 B1 bekannt. Je nach Lastzustand ist die Ventilsteuervorrichtung in der Lage, zwischen einem ersten Einspritzmodus und einem zweiten Einspritzmodus auszuwählen. Während des Leerlaufs oder in niedrigen Lastbereichen erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung im Ansaugtakt und bei geöffnetem Ansaugventil. In Bereichen hoher Last und hoher Drehzahl erfolgt die Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkanal dagegen vor einem Öffnen des Ansaugventils. Je nach Lastfall ist die Steuerung hierbei in der Lage, zwischen den beiden Einspritzmodi auszuwählen. Der Druckschrift ist ebenfalls zu entnehmen, dass in Bereichen hoher Last und hoher Drehzahl das Kraftstoff-Luft-Gemisch bereits zu einem Zeitpunkt in den Zylinder eingebracht wird, zu dem das Auslassventil noch nicht geschlossen ist, das heißt, es findet eine Überscheidung von geöffnetem Ansaugventil und Auslassventil statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Betriebsverhalten einer Verbrennungskraftmaschine der vorstehend bezeichneten Art im Betrieb mit niedrigen Drehzahlen und Belastungen, wie beispielsweise im Anfahrbetrieb, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine gemäß des Patentanspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine gemäß des Patentanspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung wie auch aus den anderen Unteransprüchen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft wer den.
Eine die Aufgabe lösende Verbrennungskraftmaschine, die nach dem Otto-Prinzip arbeitet, besitzt zumindest eine äußere Gemischbildung, bevorzugt eine homogene Gemischaufbereitung mittels äußerer Gemischbildung, wobei für jeden Zylinder ein erster und davon getrennter zweiter Einlasskanal und zumindest ein Auslasskanal und zumindest eine Zündeinrichtung vorgesehen sind, mit einer Anordnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zumindest im ersten Einlasskanal und einer Aufladevorrichtung, die mindestens einen Verdichter umfasst, der einem Einlasspfad der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist und einer Steuereinrichtung zur Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlasskanäle, wobei die Steuereinrichtung eine Absperrvorrichtung steuert, die dem ersten Einlasskanal zugeordnet ist, die in Strömungsrichtung betrachtet, hinter der Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung ein Absperren des ersten Einlasskanals und Zurückhalten von dort eingespritztem Kraftstoff und Öffnen des zweiten Einlasskanals in den Zylinder bei gleichzeitiger Öffnung eines Auslassventils und Ausspülen des Zylinders in den Auslasskanal vorsieht. Die Öffnung des Auslassventils kann zu diesem Zeitpunkt vollständig oder auch nur zum Teil erfolgt sein. Das Auslassventil kann sich auch schon in einer Bewegungsphase, zum Beispiel zum ganz oder teilweisen Schließen und/oder zum weiteren Öffnen sich befinden. Auch kann das Auslassventil in seiner Position feststehen und erst im Anschluß in eine Bewegungsphase überführt werden. Ein Spülen des Zylinderraums mittels einer Frischluftzuführung durch den zweiten Einlasskanal bei bevorzugt gleichzeitiger Homogenisierung im ersten Einlasskanal ermöglicht ein Spülen des Brennraums bei Motoren mit Saugrohr-Einspritzung, wie es bis heute lediglich bei direkt einspritzenden Motoren möglich war. Hieraus ergibt sich für einen Motor mit Saugrohr-Einspritzung der Vorteil einer Verminderung der Klopfanfälligkeit des Motors und gleichzeitig eine geringe Verkokungsneigung.
Vorteilhaft wird eine dem Otto-Prinzip arbeitende, aufgeladene Verbrennungskraftmaschine eingesetzt, bei der eine für die Verbrennung erforderliche Luft dem oder den Zylindern über eine Aufladung, zum Beispiel umfassend mindestens einen Abgasturbolader und/oder einen mechanischen Lader, zugeführt wird. Die Aufladung kann ein- oder zweistufig sein. Die dem Zylinder zugeführte Luft besitzt durch den Einsatz der Aufladung einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck. Ein Mittel zur Druckerhöhung ist ein Abgasturbolader, bei dem mittels einer mit der Abgasanlage verbundenen Turbine ein Turboverdichter angetrieben wird, der druckseitig mit der Lufteinlassanlage in Verbindung steht. Im Gegensatz dazu erhalten mechanische Lader ihre Antriebsenergie von der Kurbelwelle. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Verbrennungskraftmaschinen, bei denen die Einspritzung eines Kraftstoffs zumindest in einen Lufteinlasskanal eingespritzt wird. Ein derartiges Einspritzen ist auch unter dem Namen Port Fuel Injection, abgekürzt PFI, als Kanaleinspritzung oder auch als Saugrohreinspritzung bekannt.
Ein Vorteil einer derartigen Kombination bei der Verbrennungskraftmaschine ist, dass durch das vorzeitige Öffnen eines Einlasskanals Frischluft in den Brennraum gelangt, wodurch weniger verbrannte Abgase im Brennraum verbleiben. Die zusätzlich dem Abgas zugeführten Frischluftanteile bewirken wiederum in vorteilhafter Weise, dass ein größerer Abgasmassenstrom erzielt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasturbolader versehen ist. Eine stärkere Speisung des Abgasturboladers mit Abgasen und zusätzlicher Frischluft bewirkt, dass der Einlasskanal ebenfalls mit einem höheren Luftmassenstrom an Frischluft beaufschlagt wird. Der erhöhte Luftmassenstrom an Frischluft im Einlasskanal wirkt sich wiederum positiv auf ein Füllverhalten des Brennraums aus. Motoren mit Abgasturboladern haben aufgrund des stark von der Motordrehzahl abhängigen Luftmassenstroms und des begrenzten Kennfeldes der Turbomaschine typischerweise schlechtere Aufladegrade bei niedrigeren Drehzahlen. Dieser Nachteil wird durch den vorgeschlagenen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine überwunden, da ein größerer Luftmassenstrom dem Verbrennungsprozess zur Verfügung steht. In Folge des erhöhten Massenstroms verbessern sich die Wirkungsgrade von Turbine und Verdichter. In Folge dessen stellt sich ein höherer Aufladegrad und damit ein verbessertes Drehmoment bei niedrigeren Motordrehzahlen ein.
Ein Spülen des Brennraums mit Frischluft während eines Zeitraums, zu dem das Auslassventil noch geöffnet ist, ermöglicht es, die Abgase aus dem Brennraum herauszuspülen, ohne dass unverbrannter Kraftstoff in die Abgasanlage gelangt. Dies ist wiederum ein Vorteil, da hierdurch einerseits Kraftstoff gespart wird und unverbrannte Kraftstoffe Bestandteile der Abgasanlage, wie beispielsweise einen Katalysator, schädigen könnten. Bei Motoren mit Saugrohreinspritzung kann ein Problem bestehen, dass Kraftstoff nicht vorgelagert und dabei bei einer Ventilüberschneidung durchgespült wird. In diesem Fall gelangt der Kraftstoff unmittelbar ins Abgas. Durch den vorgeschlagenen Aufbau der Verbrennungskraftmaschine mit der Steuereinrichtung, die die Absperrvorrichtung steuert, die dem ersten Einlasskanal zugeordnet ist, ist es möglich, die Vorteile der Saugrohreinspritzung, wie zum Beispiel eine homogene Gemischbildung bereits im Saugrohr, mit dem Vorteil einer Spülung des Zylinderraums oder Brennraums zu kombinieren. Eine derartige Umsetzung einer Spülung des Brennraums war bislang nur bei direkt einspritzenden Verbrennungsmotoren möglich. Durch das Sperren des kraftstoffführenden Einlasskanals und dem gleichzeitigen Spülen des Brennraums mit dem zweiten Einlasskanal können Nachteile einer direkt einspritzenden Technik beim Otto-Motor durch die Nutzung des vorgeschlagenen Saugrohreinspritzmotor, wie beispielsweise höhere Kosten und Rußemissionen sowie insbesondere bei kleinvolumigen Motoren der Platzbedarf im Zylinderkopf, vermieden werden. Der vorgeschlagene Verbrennungsmotor kombiniert folglich Vorteile einer Saugrohreinspritzung mit den Vorteilen der direkt einspritzenden Motoren, nämlich der Möglichkeit der Spülung des Brennraums mit Frischluft.
Das Durchspülen des Zylinders mit Frischluft bewirkt einerseits, dass die Restgase aus dem Zylinderraum herausgespült werden, ohne dass frischer unverbrannter Kraftstoff in den Auslasskanal gelangt und andererseits dass der Ladedruck im Zylinder erhöht wird. Dies ist besonders vorteilhaft in Bereichen geringer Drehzahl, wobei Versuche gezeigt haben, dass es durch den höheren Ladedruck im niedrigen Drehzahlbereich zu einer deutlichen Erhöhung des zur Verfügung stehenden Drehmoments kommt. Insbesondere durch das Zurückhalten des eingespritzten Kraftstoffs bei Drehzahlen bis zumindest 2000 min^–1, bevorzugt bis zumindest 2500 min^–1, konnte eine Drehmomenterhöhung bewirkt werden. Die erzielbaren Drehmomente liegen um 30% bis 50% höher als bei vergleichbaren Verbrennungskraftmaschinen. Ähnliches konnte erreicht werden, wenn die Kraftstoffeinspritzung zurückgehalten wurde bis zum Erreichen von 40% der Nennleistungsdrehzahl, bevorzugt bis zu 50% der Nennleistungsdrehzahl, wobei im Sinne der Erfindung unter Nennleistungsdrehzahl diejenige Drehzahl zu verstehen ist, die beim ersten Erreichen der Nennleistung sich einstellt.
In einer Ausführungsform umfasst die Absperrvorrichtung einen variablen Ventiltrieb und ein Einlassventil, wobei der variable Ventiltrieb unterschiedliche Einlassventilsteuerzeiten ermöglicht. Dies ist bei einem variablen Ventiltrieb für jedes Ventil mittels einer Steuerung möglich. Variable steuerbare Ventile sind beispielsweise in elektrischen, mechanischen, elektromagnetischen und/oder hydraulischen Ventiltrieben einsetzbar. Variabel steuerbare Ventile sind allgemein bekannt, zum Beispiel mittels Nockenwellenversteller, und je nach Anwendungsfall auswählbar und einsetzbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird mittels des variablen Ventiltriebs ein zweiter Einlasskanal geöffnet, bevor ein Auslasskanal geschlossen wird, so dass durch den zweiten Einlasskanal Frischluft in den Brennraum gelangen kann. Der Einsatz variabler Ventiltriebe ist dahingehend vorteilhaft, da hierdurch die Öffnungszeiten des Einlasskanals sowie die Überschneidung zwischen Einlass- und Auslasskanal leicht variiert werden können.
Eine Ausgestaltung weist somit ein erstes Einlassventil dem ersten Einlasskanal zugeordnet auf und ein zweites Einlassventil dem zweiten Einlasskanal. Die Schaltzeiten zwischen beiden Einlassventilen können geändert werden. Diese Ausgestaltung kann ein oder zwei Auslassventile aufweisen, die beispielsweise gleichzeitig oder unterschiedlich schaltbar sind. So kann der variable Ventiltrieb gemäß einer Weiterbildung nur die Einlassventile umfassen, gemäß einer anderen Weiterbildung Ein- und Auslassventile.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Absperrvorrichtung eine in den ersten Einlasskanal integrierte Schaltklappe ist. Durch die Integration einer schnellen Saugrohr-Schaltklappe im ersten Einlasskanal ist es möglich, die Vorteile der Spülung des Brennraums auch bei Motoren mit Ventilen nutzen zu können, die mittels einer Nockenwelle ohne variable Ventilsteuerung gesteuert werden. Werden die Einlassventile mittels der Nockenwelle geöffnet, so verhindert die schnelle Schaltklappe im ersten Einlasskanal, dass ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum gelangt. Dabei muss nicht auf die Vorteile einer homogenen Mischung mittels einer Saugrohreinspritzung verzichtet werden, da die Saugrohreinspritzung zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, zu dem die Schaltklappe noch geschlossen ist.
Die im ersten Einlasskanal angeordnete Schaltklappe ermöglicht ebenfalls, dass beide Einlasskanäle sich hinter der Schaltklappe wieder vereinigen. So kann gemäß einer Ausgestaltung nur ein Einlassventil am Zylinder vorgesehen werden. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zusätzlich zu der Schaltklappe ein variabler Ventiltrieb vorgesehen ist, insbesondere zur Einstellung einer Ventilüberschneidung zwischen Ein- und Auslassventil.
Es kann vorteilhaft sein, dass eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung im zweiten Einlasskanal angeordnet ist. Mittels der zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist es dann möglich, Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal einzuspritzen, nachdem der Auslasskanal geschlossen wurde. Das Einspritzen von Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal verbessert eine Durchmischung der beiden Gasphasen aus erstem und zweitem Einlasskanal, insbesondere eine Frischluft und ein Kraftstoff-Luft-Gemisch. Hierbei kann ein Risiko einer Bildung von Ladungsschichten vermindert werden. Ein Vermischen von Frischluft als erste Gasphase und Kraftstoff-Luft-Gemisch als zweite Gasphase kann schwieriger sein als eine Mischung von Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Kraftstoff-Luft-Gemisch. Durch das Einbringen einer zweiten Kraftstoffeinspritzvorrichtung in den zweiten Einlasskanal wird die Bildung einer homogenisierten Gasphase im Zylinder unterstützt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung unmittelbar in den Zylinder zu integrieren, so dass mittels dieser Kraftstoffeinspritzvorrichtung Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder einspritzbar ist. Es können somit eine, zwei oder drei Kraftstoffeinspritzungen je Zylinder vorgesehen werden. Hierbei werden die Vorteile einer homogenen Vermischung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches im Ansaugkanal mit einer zusätzlichen Unterstützung der Bildung eines Kraftstoff-Luft-Mischungsverhältnisses im Zylinder kombiniert. Durch die Kombination der Kanaleinspritzung im ersten oder ersten und zweiten Einlasskanal mit der Direkteinspritzung können einerseits homogene Mischungsverhältnisse geschafft werden und andererseits sind die Kraftstoffanteile im Kraftstoff-Luft-Gemisch veränderbar einstellbar.
Um die Spülung des Zylinders zu unterstützen, weist ein dem ersten Einlasskanal zugeordnetes erstes Einlassventil in Bezug auf ein dem zweiten Einlasskanal zugeordnetes zweites Einlassventil einen unterschiedlichen Durchmesser auf. In einer Ausführungsform ist ein Durchmesser der durch das erste Einlassventil freigegebenen Öffnung kleiner als ein Durchmesser des durch das zweite Einlassventil freigegebenen Öffnung ausgebildet. Hierdurch wird eine Frischluftzufuhr in den Zylinder in vorteilhafter Weise unterstützt und der Ladedruck gesteigert. Möglich ist es hierbei den Durchmesser des zweiten Einlasses, der durch das zweite Einlassventil freigegeben wird, größer auszubilden als der Durchmesser der Öffnung des mindestens einen Auslasskanals in den Zylinder. In einer weiteren Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, den Durchmesser der Öffnung des zweiten Einlassventils größer als die Öffnung eines oder mehrerer Auslassventile auszubilden und den Durchmesser der Öffnung des ersten Einlasskanals kleiner als den Durchmesser der Öffnung des Auslasskanals zu wählen. Eine Kombination unterschiedlich großer Einlassventile ermöglicht es, mehr Luftmasse über die Ventile spülen zu können.
Je nach Einsatzgebiet der vorgeschlagenen Verbrennungskraftmaschine kann es vorteilhaft sein, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Niederdruck-Einspritzdüse umfasst. So kann es einerseits aus Kostengründen und andererseits in Bezug auf eine Drehzahl des Motors vorteilhaft sein, eine Einspritzdüse zu verwenden, die im Niederdruckbereich arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Hochdruck-Einspritzdüse umfasst. Insbesondere bei Motoren mit sehr hohen Drehzahlen ist der Einsatz von Einspritzdüsen, die im Hochdruckbereich arbeiten von Vorteil, da hierdurch auch bei höchsten Drehzahlen eine Versorgung des Zylinders mit ausreichendem Kraftstoff gewährleistet wird. Die mit Hochdruck arbeitende Einspritzdüse bietet darüber hinaus den Vorteil, dass der Kraftstoff feiner zerstäubt wird und dadurch schneller verdampft.
Ein Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht des Weiteren, dass die Schaltung der Absperrvorrichtung nur in einem ersten Drehzahlbereich zum Zurückhalten von Kraftstoff und gleichzeitigem Durchspülen der Brennkammer mit Frischluft erfolgt. In einem zweiten Drehzahlbereich hingegen wird die Funktionalität nicht genutzt, wobei der erste Drehzahlbereich geringere Drehzahlen aufweist als der zweite Drehzahlbereich.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, bei dem ein Frischluft führender zweiter Einlasskanal zu einem Zeitpunkt geöffnet wird, an dem ein Auslasskanal noch geöffnet ist, so dass eine Überschneidung der Öffnungszeiten vom zweiten Einlasskanal und Auslasskanal entsteht und der Zylinder mit Frischluft gespült wird und wobei daran anschließend der Auslasskanal geschlossen wird und bei dem zu einem Zeitpunkt, an dem der Auslasskanal geschlossen ist, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen ersten Einlasskanal dem Zylinder zugeführt wird. Vorteilhafte Ausführungs formen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren ermöglicht ein Spülen des Zylinderraums mit Frischluft, so dass verbranntes Restgas verbessert ausgespült und in den Auslasskanal gelangt. Insbesondere in dem Fall, in dem das Verfahren bei einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt wird, die mit einem Abgasturbolader ausgestattet ist, bewirkt der erhöhte Massenstrom im Auslasskanal eine Erhöhung der Leistung des Abgasturboladers, was wiederum unmittelbaren Einfluss auf den Verdichter hat und wodurch der Lufteinlassanlage ein höherer Luftmassenstrom zugeführt wird. Durch den höheren Luftmassenstrom wird einerseits das Ausspülen von Restgas unterstützt und gleichzeitig ein vermehrter Luftmassenstrom dem Ansaugsystem zur Verfügung gestellt. Bevorzugt in niedrigen Drehzahlbereichen wird hierdurch eine Drehmomenterhöhung erzielt, die Verkokungsneigung reduziert und die Klopfneigung reduziert. Aber auch bei Verbrennungskraftmaschinen mit einem mechanischen Lader gelten die genannten Vorteile. Durch den zusätzlichen Frischluftmassenstrom wird eine höhere Verdichtung erzielt und ein höheres Drehmoment an der Kurbelwelle bereit gestellt. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Vorteil des Verfahrens ergibt sich dann, wenn die Einlasskanäle mittels variabel steuerbarer Ventile gesteuert werden. Durch eine Variabilität der Steuerung der Einlass- und Auslass-Ventile können zum Beispiel beliebige Ventilüberschneidungen realisiert werden. Darüber hinaus können die Ventilöffnungszeiten leicht verändert und an unterschiedliche Belastungen des Motors angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass mittels einer im zweiten Einlasskanal angeordneten weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu einem Zeitpunkt Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal eingespritzt wird, zu dem der Auslasskanal bereits geschlossen ist. Ein Einspritzen des Kraftstoffs in den zweiten Einlasskanal ermöglicht einerseits eine homogenere Gemischbildung im Brennraum und andererseits eine ausreichende Menge an Kraftstoff zur Verfügung zu stellen.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass die Einlasskanäle mittels Einlassventilen und einer Nockenwelle gesteuert werden, wobei nach einem Öffnen der Einlasskanäle der erste Einlasskanal mit einer Absperrvorrichtung so lange geschlossen gehalten wird, bis der Auslasskanal geschlossen ist. Der Einsatz einer Absperrvorrichtung im ersten Einlasskanal ermöglicht ein Spülen mit Frischluft durch den zweiten Einlasskanal. Zusätzlich muss nicht auf die Vorteile einer äußeren Gemischbildung verzichtet werden, da der Kraftstoff zu einem Zeitpunkt in den Einlasskanal eingespritzt wird, zu dem die Absperrvorrichtung noch geschlossen ist.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ergibt sich dann, wenn mittels einer dritten Kraftstoffeinspritzvorrichtung Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder eingespritzt wird. Wird mittels des dritten Kraftstoffeinspritzvorrichtung Kraftstoff in den durch den Zylinder gebildeten Brennraum eingespritzt, so kann eine Ladungsschichtung verhindert und die Gemischbildung im Brennraum unterstützt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine ist es möglich, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich mit einer Überschneidung der Öffnungszeiten von zweitem Einlasskanal und Auslasskanal betrieben wird und in einem hohen Drehzahlbereich die Einlasskanäle gleichzeitig geöffnet werden. Durch die Möglichkeit der Einstellbarkeit der unterschiedlichen Öffnungszeiten der Einlassventile ist die Möglichkeit geschaffen, die Verbrennungskraftmaschine je nach Belastungsart und Betriebszustand unterschiedlich zu betreiben. Das Verfahren der Frischluftspülung bietet insbesondere um unteren Drehzahlbereich den Vorteil, dass ein erhöhtes Drehmoment zur Verfügung gestellt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in der Figurenbeschreibung angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auch auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verweisen. Gleiche Teile oder Teile mit gleicher Funktion weisen im Folgenden die gleichen Bezugszeichen auf. Es zeigt:
1: ein Prinzipschema einer Saugrohreinspritzung in einer ersten Ausführungsform mit einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine,
2: ein Prinzipschema einer Saugrohreinspritzung in einer zweiten Ausführungsform mit einem Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine,
3: ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines Ventilhubs in Abhängigkeit eines Kurbelwellen-Winkels mit überlagerter Kraftstoffeinspritzung,
4: ein weiteres Diagramm eines zeitlichen Verlaufs mit alternativen Ventilhubverlaufen in Abhängigkeit eines Kurbelwellen-Winkels und
5: eine schematische Darstellung der Öffnungsdurchmesser der Einlass- und Auslassventile an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine.
Die 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer Saugrohreinspritzung 1 an einem Zylinder 2 mit zwei Einlasskanälen 3, 4 und mit jeweils einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5, 6 in den beiden Einlasskanälen 3, 4. Die Einlasskanäle 3, 4 enden zylinderseitig in Öffnungen 7, 8, die bevorzugt in einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors eingebracht sind. Die Öffnungen 7, 8 bilden zum Beispiel Öffnungen 7, 8, die mit Einlassventilen 9, 10 geöffnet und geschlossen werden können. Zwei weitere Öffnungen 11, 12 bilden die Auslassöffnungen 11, 12 für ein nicht dargestelltes Abgassystem. Die Auslassöffnungen 11, 12 sind mit Auslassventilen 13, 14 verschließbar. Unterhalb von Einlassventilen 9, 10 und Auslassventilen 13, 14 wird durch den Zylinder 2 ein Brennraum 15 gebildet. Der Zylinder 2 ist dabei Teil einer Verbrennungskraftmaschine, die nach dem Otto-Prinzip arbeitet und die mit einem oder mehreren Zylindern 2, beispielsweise zwei bis zwölf Zylindern 2 ausgestattet sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine arbeitet nach dem Otto-Prinzip, gemäß dem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch im Zylinder 2 mittels Fremdzündung, beispielsweise mit einer Zündkerze, gezündet wird.
Vorgesehen ist ein Saugrohr mit mindestens zwei getrennten Einlasskanälen 3, 4 je Zylinder 2, wobei die Einlasssteuerzeiten der beiden Einlasskanäle 3, 4 gegeneinander verschoben werden können. In dem ersten Einspritzkanal 3 befindet sich eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5, die auch als Port Fuel Injector bekannt ist und damit eine Kanaleinspritzung verwirklicht. Ein Merkmal dieser Verbrennungskraftmaschine ist der, dass der Kraftstoff mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 in das Saugrohr, beziehungsweise in der in 1 dargestellten Ausführungsform in den Einlasskanal 3 eingespritzt wird. Hierbei verdampft der mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 in den Einlasskanal 3 eingespritzte Kraftstoff bereits im Einlasskanal 3, wodurch eine homogene Gemischbildung erzeugt wird. Dieses kann zum Beispiel dadurch unterstützt werden, dass das zum Einlasskanal 3 zugehörige Einlassventil noch nicht geöffnet ist oder aber nicht ganz öffnet.
Nach einem Verdichten folgt mit einem Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs der Arbeitstakt im Verbrennungsmotor, bei dem sich ein Kolben von seinem oberen Totpunkt zu seifem unteren Totpunkt bewegt. Das Ausstoßen des im Brennraum befindlichen Abgases wird durch eine erneute Hubbewegung eines Kolbens durchgeführt. Mittels einer Öffnung des Auslassventils während des Ausstoßhubes des Kolbens wird das verbrannte Gas aus dem Brennraum 15 heraus gedrückt. Hierbei wird zum Beispiel das Auslassventil 13 oder die Auslassventile 13, 14 zu einem Zeitpunkt geöffnet, an dem sich der Kolben an seinem unteren Totpunkt befindet. Die Auslassventile werden zum Beispiel wieder geschlossen, wenn der Kolben sich an seinem oberen Totpunkt befindet. Wird nun eine Öffnung 7, 8 eines Einlasskanals 3, 4 mittels eines Einlassventils 9, 10 geöffnet, bevor der Ausstoßzyklus beendet wurde, so wird dies als Ventilüberschneidung bezeichnet.
Befindet sich der Kolben des Zylinders 2 der Verbrennungskraftmaschine im Ausstoßtakt und bewegt sich in Richtung seines oberen Totpunktes, abgekürzt TDC, so sind die Auslassventile 13, 14 geöffnet. Wird nun wie vorgeschlagen, das dem zweiten Einlasskanal 4 zugeordnete Einlassventil 10 zu einem Zeitpunkt geöffnet, zu dem der Kolben den oberen Totpunkt noch nicht erreicht hat, so kann ein Massenstrom an Frischluft in den Brennraum 15 gelangen und die Abführung des Abgases durch die Auslassventile 13, 14 unterstützen. Vorteilhaft ist hierbei, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 10 des zweiten Einlasskanals 4 geöffnet wird und so lange wie die Auslassventile 13, 14 noch geöffnet sind, kein Kraftstoff in den Einlasskanal 3 eingespritzt wird. Hierdurch wird die Möglichkeit erzielt, den Brennraum 15 mit Frischluft zu spülen. Es kann jedoch auch gemäß einer weiteren Ausgestaltung schon eine Voreinspritzung zu diesem Zeitpunkt oder nahe dazu in den Einlasskanal 3 bei geschlossenem zugehörigen Einlassventil erfolgen. Nachdem der Kolben den oberen Totpunkt erreicht hat, werden die Auslassventile 13, 14 geschlossen und es beginnt der Ansaugtakt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Einlassventil 9 des ersten Einlasskanals 3 geöffnet. Durch die Ausbildung des Saugrohrs in Form zweier separater Einlasskanäle 3, 4 besteht die Möglichkeit, in den ersten Einsaugkanal 3 Kraftstoff mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 einzuspritzen und eine homogene Gemischbildung im Einlasskanal 3 zu erzielen. Somit können die Vorteile einer Saugrohreinspritzung mit dem Vorteil einer Frischluftspülung kombiniert werden. Dies bedingt nicht nur eine Verbesserung des Ausspülens des Abgases, sondern auch eine höhere Füllung im Zylinder 2. Diese höhere Füllung wiederum hat zur Folge, dass auch bei niedrigeren Drehzahlen hohe Drehmomente erzielbar sind.
Ein weiterer Vorteil wird dann erzielt, wenn in den zweiten Einlasskanal 4 ebenfalls eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 integriert ist. Während des Zeitraums einer Ventilüberschneidung von zweitem Einlassventil 10 und Auslassventilen 13, 14 wird durch den zweiten Einlasskanal 4 lediglich Frischluft in den Brennraum eingeführt. Nach dem Schließen der Auslassventile 13, 14 ist es möglich, dass Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal 4 eingespritzt wird. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur Frischluft durch den zweiten Kanal 4 geführt wird, sondern dem Brennraum 15 auch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Das Zuführen von Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem ersten Einlasskanal 3 und dem zweiten Einlasskanal 4 verbessert die Gemischbildung im Zylinder 2, so dass einer Ladungsschichtenbildung entgegen gewirkt wird.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Saugrohreinspritzung mit zwei Einlasskanälen 3, 4 wiedergegeben. Gleiche Bestandteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In den ersten Einlasskanal 3 ist eine Schaltklappe 16 integriert, wobei mittels der schnellen Schaltklappe 16 der Einlasskanal 3 unabhängig von der Ventilstellung 9 verschließbar ist. Mit Hilfe der Schaltklappe 16 besteht die Möglichkeit, das Verfahren auch dann zu nutzen, wenn die Ventile 9, 10 mittels eines nichtvariablen Ventiltriebs, zum Beispiel mittels einer starren Nockenwelle ohne Nockenwellenverstellung betätigt werden. Hier können aber auch unterschiedliche Nockenprofile an der Nockenwelle zum Einsatz kommen, zum Beispiel unterschiedliche Nockenprofile für die jeweiligen Einlassventile und/oder jeweiligen Auslassventile. Die Nockenwelle öffnet hierbei die Ventile 9, 10 der Eingangskanäle 3, 4 gleichmäßig und zu einem Zeitpunkt, zu dem die Auslassventile 13, 14 noch offen sind. Zu diesem Zeitpunkt verschließt die Schaltklappe 16 den ersten Einlasskanal 3, so dass lediglich Frischluft durch den zweiten Einlasskanal 4 in den Zylinder 2 geführt wird. Gleichzeitig ist es möglich, Kraftstoff mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 in den ersten Einlasskanal 3 einzuspritzen und so eine homogene Gemischbildung zu erzielen, in dem der Kraftstoff im Einlasskanal 3 bereits verdampft. Nach dem Erreichen des oberen Totpunkts und einem Schließen der Auslassventile 13, 14 wird die Schaltklappe 16 geöffnet und das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann während des Ansaugtaktes in den Brennraum 15 gelangen.
Es ist ebenfalls möglich und in der 2 dargestellt, eine dritte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 17 so im Zylinder 2 anzuordnen, dass Kraftstoff unmittelbar in den Brennraum 15 eingespritzt werden kann. Hierdurch wird die Gemischbildung in vorteilhafter Weise unterstützt, eine Ladungsschichtung verhindert und eine reduzierte Klopfneigung erzielt. Darüber hinaus kann eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 in den zweiten Einlasskanal 4 eingebaut sein, um zusätzlich Kraftstoff in den Einlasskanal 4 einführen zu können. Die in der 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung eignet sich besonders für nockenwellengetriebene Ventile. Bei nockenwellengetriebenen Ventilen 9, 10, 13, 14 öffnen die Ventile 9, 10 des Einlasskanals 3, 4 zum Beispiel gleichzeitig. Es können aber auch unterschiedliche Nockenprofile für die Einlassventile genutzt werden, so dass sich dadurch bedingt unterschiedliche Öffnungs- und/oder Schließzeiten der Öffnungsventile an einem Zylinder ergeben. Gleiches ist auch bei den einem Zylinder zugeordneten Nockenprofilen der Auslassventile möglich. Die Zuführung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Einlasskanal 3 wird durch die Schaltklappe 16 verhindert. Vorzugsweise im niedrigen Drehzahlbereich werden die Einlasskanäle 9, 10 zu einem sehr frühen Zeitpunkt geöffnet, so dass zumindest für den zweiten Einlasskanal 4 eine große Ventilüberschneidung gegeben ist und Frischluft in den Zylinder 2 bzw. den Brennraum 15 gelangen kann. Beim Übergang zu höheren Drehzahlen wird von einer Steuereinrichtung über einen Nockensteller die Verstellung des Öffnungszeitpunktes der Einlassventile 9, 10 auf den für den Normalbetrieb vorgesehenen Zeitpunkt zurückgenommen, so dass beide Einlasskanäle gleichzeitig geöffnet werden und die Schaltklappe 16 geöffnet bleibt.
Neben einer Verwendung von Niederdruck-Einspritzdüsen 5, 6, 17 können auch Hochdruck-Einspritzdüsen 5, 6, 17 im Einlasskanal 3, 4 und/oder im Brennraum verwendet werden, um Kraftstoff in die Zylinder 2 einzuspritzen. Hierbei bieten die Niederdruckein spritzdüsen 5, 6, 17 einen wirtschaftlichen Vorteil, wohingegen Hockdruckeinspritzdüsen 5, 6, 17 den Vorteil einer schnelleren Vergasung des eingespritzten Kraftstoffs ermöglichen. Zur Unterscheidung sollen als Niederdruckeinspritzdüsen solche Düsen bezeichnet werden, die mit einem Druck von 4 bar bis etwa 7 bar einspritzen, oder weniger, in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine. Als Hochdruckeinspritzdüsen sollen solche Düsen bezeichnet werden, die betriebspunktabhängig mit einem Druck von in der Regel zumindest etwa 10 bar im Leerlauf oder höher in anderen Betriebspunkten der Verbrennungskraftmaschine einspritzen.
In der 3 ist der Verlauf der Ventilhübe der Auslassventile 13, 14 als Graph 18 und der Verlauf des Einlassventils 9 als graphischer Verlauf 20 sowie der Ventilhub des dem zweiten Einlasskanal zugeordneten Einlasskanals 4 als Graph 19 wiedergegeben. Der Ventilhub wurde in die Graphik in Bezug auf einen Kurbelwellenwinkel eingetragen. Die Ordinate zeigt den Ventilhub in Millimetern und die Abszisse den Winkel der Drehung der Kurbelwelle in einem Bereich zwischen –90° und 630° Kurbelwinkel.
Bei einem Kurbelwellenwinkel von 0° befindet sich der Kolben am oberen Totpunkt (TDC), an dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet wird und expandiert. Nach 180° Kurbelwellenwinkel befindet sich der Kolben am unteren Totpunkt und die Auslassventile 13, 14 werden gemäß dem Graphen 18 geöffnet. Nach einem Kurbelwellenwinkel von 270° sind die Auslassventile vollständig geöffnet, wobei die Auslassventile 13, 14 in diesem Ausführungsbeispiel einen Hub von ca. 9 mm ausführen. Der Hub kann aber auch eine andere Größe aufweisen, so zum Beispiel zwischen 0 bis 13 mm betragen. Bevor die Auslassventile 13, 14 zu einem Zeitpunkt von ca. 360° Kurbelwellenwinkel schließen, wird der zweite Einlasskanal 4 geöffnet, wie dies durch den Graphen 19 dargestellt ist, so dass bereits der Ausstoßtakt zur Füllung des Brennraums 15 mit Frischluft dient. Das Einlassventil 10 öffnet sich hierbei ebenfalls um ca. 9 mm. Zu einem Zeitpunkt an dem sich die Kurbelwelle um 360° gedreht hat und der Kolben erneut den oberen Totpunkt, abgekürzt TDC, erreicht hat, wird das erste Einlassventil des ersten Einlasskanals 3 geöffnet, so dass während des nun folgenden Ansaugtaktes, im Diagramm als Gaswechsel bezeichnet, von ca. 180° Kurbelwellenwinkel das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum 15 einströmen kann. Nach einem Kurbelwellenwinkel von 540° sind beide Einlassventile 9, 10 geschlossen, worauf der Verdichtungstakt von wiederum 180° Kurbelwellenwinkel folgt.
Die schraffierten Flächen 21, 22 kennzeichnen den Zeitraum, bezogen auf den Kurbelwellenwinkel, zu dem Kraftstoff in die Einlasskanäle 3, 4 eingespritzt wird. So ist es beispielhaft möglich, in den ersten Einlasskanal 3 bereits zu einem Zeitpunkt des Kurbelwellenwinkels von ca. 270° Kraftstoff in den ersten Einlasskanal 3 einzuspritzen und so für eine homogene Vermischung bzw. ein frühzeitiges Verdampfen des Kraftstoffs im Einlasskanal 3 zu sorgen. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 bis etwa zu einem Zeitpunkt eingespritzt, zu dem das erste Einlassventil 9 vollständig geschlossen ist. Das erste Einlassventil 9 ist etwa bei einem Kurbelwellenwinkel von 320° vollständig und ca. 7 mm weit geöffnet. Der Verlauf des Einspritzvorgangs durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 ist als schraffiertes Feld 21 in die 3 eingetragen. Das ebenfalls schraffiert ausgeführte Feld 22 kennzeichnet einen Bereich, zu dem Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal 4 eingespritzt werden kann. Zur Ausbildung eines homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 15 kann es vorteilhaft sein, Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal 4 einzuspritzen. Der Ventilhubverlauf 19 kennzeichnet den Ventilhub des Einlassventils 10 des zweiten Einlasskanals 4. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Auslassventile 13, 14 bereits geschlossen sind, kann Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal 4 eingespritzt werden. Das Einspritzen des Kraftstoffs in den zweiten Einlasskanal erfolgt zeitversetzt und über einen Kurbelwellenwinkelbereich von ca. 380° bis 480°. Wie aus der Graphik deutlich zu erkennen ist, öffnet das zweite Einlassventil 10 zu einem Zeitpunkt gemäß eines Verlaufs des Graphen 19 aus 3, zu dem das oder die Auslassventile 13, 14 noch geöffnet sind. Während dieser Zeit der Ventilüberschneidung im Kurbelwellenwinkelbereich von ca. 310° bis 380° wird über den zweiten Einlasskanal 4 lediglich Frischluft zugeführt.
In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Einlassventile 9, 10 gleichzeitig schließen. Hierbei wird darauf hingewiesen, dass das in der 3 dargestellte Beispiel zwar den Ventilhubverlauf für variabel steuerbare Ventile darstellt, eine Ausführungsform eines Systems zur Zuflusssteuerung in einen Zylinder 2 mittels einer Nockenwelle, die beide Einlassventile 9, 10 gleichzeitig öffnet, und einer Schaltklappe 16 ist in Bezug auf die Kurbelwellenwinkel und ein Zuführen des Kraftstoffs in die Einlasskanäle 3, 4 aber übertragbar. Der Ventilhubverlauf bei einer nockenwellengesteuerten Betätigung der Einlassventile 9, 10 entspräche dann dem Verlauf des Graphen 19, wobei die Schaltklappe zu einem Zeitpunkt von 360° Kurbelwellenwinkel öffnen würde, wie dies dem Graphen 20 entspricht, und zu einem Zeitpunkt von 540° Kurbelwellenwinkel wieder schließt.
Im Falle eines Einsatzes von variablen Ventiltrieben, wie beispielsweise elektrohydraulische Ventiltriebe, bei denen jedes Ventil 9, 10, 13, 14 individuell betätigbar ist, sind verschiedene Ventilhubverläufe bei dem vorgeschlagenen Verbrennungsmotor möglich. Beispielhaft sind in die 4 verschiedene Verläufe des Ventilhubs des nicht spülenden Einlassventils 9 als Graphen 20, 23, 24 eingetragen. Die Abbildungen der Graphen 18, 19, 20 entsprechen dem Verlauf der Graphen aus der 3. Hierbei stellt der Graph 20 einen verkürzten Einlasszeitraum dar, in dem das Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird. Diese Ventilhubverlauf 20 ergibt sich dann, wenn das Einlassventil 9 mit einer dem Ventil 10 identischen Ventilbeschleunigung betätigt wird und der Zeitpunkt des Schließens der Einlassventile 9, 10 zeitlich übereinstimmt. Durch die konstante Beschleunigung der Graphen 19 und 20 ergibt sich hieraus ein verminderter Ventilhub. Um bei konstanter Beschleunigung einen zum Graphen 19 identischen Ventilhub von ca. 9 mm zu erreichen ist ein identischer Kurbelwinkelzeitraum erforderlich, so dass das erste Einlassventil 9 länger geöffnet bleibt, wie dies durch den Graphen 24 dargestellt ist. Ein identischer Ventilhub von ca. 9 mm in einem identischen Kurbelwellenwinkelbereich wird dann erreicht, wenn das Ein lassventil 9 mit einer größeren Beschleunigung als das zweite Einlassventil 10 geöffnet wird. Der graphische Verlauf des Ventilhubs des Einlassventils 9 mit erhöhter Beschleunigung ist durch den Graphen 23 wiedergegeben. Wie der 4 zu entnehmen ist, schließt das Einlassventil 9 in Übereinstimmung mit dem Einlassventil 10 bei einem Kurbelwellen Winkel von ca. 540° Kurbelwellenwinkel. Sämtliche Variationen einer Einstellung und Beeinflussung des Ventilhubverlaufs des ersten Einlassventils 9 unterstützen die Kraftstoffzuführung, so dass in vorteilhafter Weise Einfluss auf ein im Brennraum 15 befindliches Frischluft-Kraftstoff-Luftgemisch genommen werden kann. So ist eine Ventilhubkurve gemäß dem Graphen 20 bevorzugt bei geringen Belastungen und niedrigen Drehzahlen einstellbar, so kann mittels der Graphen 23 und 24 mehr Kraftstoff für größere Belastungen oder größere Drehzahlen zur Verfügung gestellt werden.
Das Durchspülen des Brennraums 15 mit Frischluft aus dem Einlasskanal 4 über das Einlassventil 10 unterstützt den Gaswechsel im Brennraum 15 und dient gleichzeitig, im Falle des Einsatzes eines Abgasturboladers zur Erhöhung einer Verdichtung des Massenstroms im Saugrohr bzw. in den Einlasskanälen 3, 4. In Fortführung der Erfindung und in einer bevorzugten Ausführungsform besitzen die Öffnungen 7, 8 der Einlassventile 9, 10 einen unterschiedlichen Durchmesser. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, den Durchmesser der Öffnung 8 des zweiten Einlassventils 10 zu vergrößern. Hierbei wird der Durchmesser der Öffnung 8 größer ausgewählt als der Durchmesser der Öffnung 7 des ersten Einlassventils. Hierdurch wird erreicht, dass mehr Frischluft in den Brennraum 15 gespült wird, was wiederum die Spülung unterstützt und für eine höhere Füllung im Brennraum 15 sorgt.
Ein bevorzugte Ausführungsbeispiel ist in der 5 wiedergegeben. Die Öffnung 8 des Einlassventils 10 besitzt hierbei einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der Öffnungen 11, 12 der Auslassventile 13, 14 und größer ist als der Durchmesser der Öffnung 7 des ersten Einlassventils 9. Der Durchmesser der Öffnung 7 des Einlassventils 9 ist hierbei kleiner als der Durchmesser der Öffnung 11, 12 der Auslassventile 13, 14. Durch die Ausbildung des Einlassventils 10 mit vergrößertem Durchmesser ist eine verbesserte Spülung im Zylinder 2 bzw. im Brennraum 15 möglich. Es sind aber auch andere Größenverhältnisse möglich, zum Beispiel kann zumindest eine Auslassventilöffnung größer sein als eine Einlassventilöffnung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10346747 A1 [0002]
- EP 1338778 B1 [0003]

Claims

Nach dem Otto-Prinzip arbeitende Verbrennungskraftmaschine mit zumindest äußerer Gemischbildung, wobei für jeden Zylinder (2) ein erster und davon getrennter zweiter Einlasskanal (3, 4) und zumindest ein Auslasskanal und mindestens eine Zündeinrichtung vorgesehen sind, mit einer Anordnung einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) zumindest im ersten Einlasskanal (3) und einer Aufladevorrichtung, die mindestens einen Verdichter umfasst, der einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist und einer Steuereinrichtung zur Einstellung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlasskanäle (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine Absperrvorrichtung (9, 16) steuert, die dem ersten Einlasskanal (3) zugeordnet ist, die in Strömungsrichtung betrachtet, hinter der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung ein Absperren des ersten Einlasskanals (3) und Zurückhalten von dort eingespritztem Kraftstoff und Öffnen des zweiten Einlasskanals (4) in den Zylinder (2) bei gleichzeitiger Öffnung eines Auslassventils (13, 14) und Ausspülung des Zylinders (2) in den Auslasskanal vorsieht.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (9) einen variablen Ventiltrieb und ein Einlassventil (9) umfasst, wobei der variable Ventiltrieb unterschiedliche Einlassventilsteuerzeiten ermöglicht.
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (16) eine in den ersten Einlasskanal (3) integrierte Schaltklappe (16) umfasst.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) im zweiten Einlasskanal (4) angeordnet ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer dritten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (17) Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder (2) einspritzbar ist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem ersten Einlasskanal (3) zugeordnetes erste Einlassventil (9) in Bezug auf ein dem zweiten Einlasskanal (4) zugeordnetes zweites Einlassventil (10) einen unterschiedlichen Durchmesser aufweist.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5, 6, 17) eine Niederdruckeinspritzdüse umfasst.
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (5, 6, 17) eine Hochdruckeinspritzdüse umfasst.
Verfahren zum Betrieb einer nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Verbrennungskraftmaschine bevorzugt nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Frischluft führender zweiter Einlasskanals (4) zu einem Zeitpunkt geöffnet wird, an dem ein Auslasskanal noch geöffnet ist, so dass eine Überschneidung der Öffnungszeiten von zweitem Einlasskanal (4) und Auslasskanal entsteht und der Zylinder (2) mit Frischluft gespült wird und bei dem daran anschließend der Auslasskanal geschlossen wird und bei dem zu einem Zeitpunkt, an dem der Auslasskanal geschlossen ist, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen ersten Einlasskanal (3) dem Zylinder (2) zugeführt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, bei dem die Einlasskanäle (3, 4) mittels variabel steuerbarer Ventile (9, 10) gesteuert werden.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, bei dem mittels einer im zweiten Einlasskanal (4) angeordneten weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtung (6) zu einem Zeitpunkt Kraftstoff in den zweiten Einlasskanal (4) eingespritzt wird, zu dem der Auslasskanal bereits geschlossen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem die Einlasskanäle (3, 4) mittels Einlassventilen (9, 10) und einer Nockenwelle gesteuert werden, wobei nach einem Öffnen der Einlasskanäle (3, 4) der erste Einlasskanal (3) mit einer Absperrvorrichtung (16) so lange geschlossen gehalten wird, bis der Auslasskanal geschlossen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer dritten Kraftstoffeinspritzvorrichtung (17) Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder (2) eingespritzt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich mit einer Überschneidung der Öffnungszeiten von zweitem Einlasskanal (4) und Auslasskanal betrieben wird und in einem hohen Drehzahlbereich die Einlasskanäle (3, 4) gleichzeitig geöffnet werden.