DE102015211285A1

DE102015211285A1 - Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit variablem Ansaugsystem und Verfahren zur Gemischbildung bei einer derartigen Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015211285A1
Application number: DE102015211285.3A
Authority: DE
Inventors: Maziar Khosravi; Florian Huth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-12-22

Abstract

Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit min. einem Zylinderkopf umfassend min. zwei Zylinder (1) und einer Kurbelwelle, bei der – jeder Zylinder (1) min. eine Einlassöffnung (2) aufweist, an die sich eine Ansaugleitung (4) anschließt, – jeder Zylinder (1) min. eine Auslassöffnung aufweist, an die sich eine Abgasleitung anschließt, – jeder Zylinder (1) einen Brennraum (1a) umfasst, – die Kurbelwelle mit dem Kolben jedes Zylinders (1) gelenkig verbunden ist, – jede Einlassöffnung (2) mit einem Ventiltrieb ausgestattet ist mit einem Einlassventil, welches die Einlassöffnung (2) im Rahmen eines Ladungswechsels freigibt, und – das Ansaugsystem (3) geeignet ist, während des Ladungswechsels bei geöffneter Einlassöffnung (2) einen Tumble im Brennraum (1a) des zugehörigen Zylinders (1) zu erzeugen, – wobei die Ansaugleitung (4) min. einer Einlassöffnung (2) min. eines Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitung (4) ausgebildet ist, die einen ersten Leitungsabschnitt (4a) aufweist, der sich an die Einlassöffnung (2) anschließt und zumindest teilweise in dem min. einen Zylinderkopf integriert ist, und einen beweglichen zweiten Leitungsabschnitt (4b) aufweist, der sich stromaufwärts im Ansaugsystem (3) an den ersten Leitungsabschnitt (4a) anschließt und in einer festlegbaren Nullposition mit einer Längsebene (1c), in der die Zylinderlängsachsen (1b) der min. zwei Zylinder (1) des min. einen Zylinderkopfes liegen, zumindest in einer Projektion in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle einen spitzen Winkel γo bildet, wobei dieser zweite Leitungsabschnitt (4b) um eine virtuelle Drehachse verschwenkbar ist, in der Art, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γo – 35° ≤ γ ≤ γo + 35°.

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei Zylinder und einer drehbar gelagerten Kurbelwelle, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung eine Ansaugleitung zum Zuführen von Luft via Ansaugsystem anschließt,
– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen von Abgas via Abgasabführsystem anschließt,
– jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens mit ausgebildet ist,
– die Kurbelwelle mit dem Kolben jedes Zylinders gelenkig verbunden ist, so dass der Kolben bei um eine Drehachse umlaufender Kurbelwelle entlang einer Zylinderlängsachse oszilliert,
– jede Einlassöffnung mit einem Ventiltrieb ausgestattet ist mit einem Einlassventil, welches die Einlassöffnung im Rahmen eines Ladungswechsels freigibt, und
– das Ansaugsystem geeignet ist, während des Ladungswechsels bei geöffneter Einlassöffnung einen Tumble im Brennraum des zugehörigen Zylinders zu erzeugen.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gemischbildung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Ottomotoren, aber auch fremdgezündete Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung der mindestens zwei Zylinder, d. h. der Brennräume, miteinander verbunden sind. Der Zylinderblock dient als obere Kurbelgehäusehälfte der Aufnahme des Kolbens bzw. des Zylinderrohres jedes Zylinders. Der Zylinderkopf dient regelmäßig der Aufnahme des für den Ladungswechsel erforderlichen Ventiltriebs. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Abführen der Abgase via Abgasabführsystem über die mindestens eine Auslassöffnung und das Zuführen der Luft via Ansaugsystem über die mindestens eine Einlassöffnung des Zylinders. Nach dem Stand der Technik werden bei Viertaktmotoren zur Steuerung des Ladungswechsels nahezu ausschließlich Hubventile eingesetzt, die entlang ihrer Längsachse zwischen einer Ventilschließstellung und einer Ventiloffenstellung bewegbar sind und während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen, um die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen freizugeben bzw. zu versperren.
Der erforderliche Betätigungsmechanismus einschließlich der Ventile wird als Ventiltrieb bezeichnet. Dabei ist es die Aufgabe des Ventiltriebs die Einlass- und Auslassöffnungen der Zylinder rechtzeitig freizugeben bzw. zu versperren, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Ausschieben der Verbrennungsgase zu gewährleisten.
Zur Betätigung eines Ventils wird einerseits eine Ventilfeder vorgesehen, um das Ventil in Richtung Ventilschließstellung vorzuspannen, und andererseits, um das Ventil entgegen der Vorspannkraft dieser Ventilfeder zu öffnen, eine Ventilbetätigungseinrichtung.
Eine im Kurbelgehäuse gelagerte Kurbelwelle nimmt die Pleuelstangenkräfte auf und transformiert die oszillierende Hubbewegung der Kolben in eine rotierende Drehbewegung der Kurbelwelle. Die durch den Zylinderblock gebildete obere Kurbelgehäusehälfte wird ergänzt durch die an den Zylinderblock montierbare und als untere Kurbelgehäusehälfte dienende Ölwanne. Die Ölwanne dient dem Sammeln und Bevorraten des Motoröls und ist Teil des Ölkreislaufs. Zur Aufnahme und Lagerung der Kurbelwelle sind mindestens zwei Lager im Kurbelgehäuse vorgesehen.
Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren, d. h. bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors. Der traditionelle Ottomotor arbeitet mit einer äußeren Gemischbildung und einem homogenen Kraftstoff-Luft-Gemisch, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt, d. h. mittels einer Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugsystem vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse, d. h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.
Einen Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens bietet die Direkteinspritzung des Kraftstoffes. Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Die Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird dadurch realisiert, dass in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung zum Einsatz kommt.
Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum lässt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb, d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.
Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.
Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.
Da bei einer Direkteinspritzung nur wenig Zeit für die Gemischbildung zur Verfügung steht, sind Verfahren und Maßnahmen erforderlich, mit denen die Gemischbildung unterstützt und beschleunigt wird, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch vor der Einleitung der Fremdzündung weitestgehend zu homogenisieren, solange kein Schichtladebetrieb angestrebt wird. Von Bedeutung ist dies im Hinblick auf die Reduzierung der Schadstoffrohemissionen, insbesondere der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, des Kohlenmonoxids und der Partikel.
Im Wesentlichen können beim direkteinspritzenden Ottomotor drei Verfahren zur Gemischbildung unterschieden werden.
Beim wandgeführten Verfahren wird der Kraftstoff in der Art in den Brennraum eingespritzt, dass der Einspritzstrahl gezielt auf eine den Brennraum begrenzende Wand gerichtet wird, vorzugsweise in eine am Kolbenboden vorgesehene Mulde. Der Kraftstoffstrahl soll dabei durch den Aufprall in mehrere Teilstrahlen aufgespalten und umgelenkt werden, so dass ein möglichst großer Bereich des Brennraums von den Kraftstoffstrahlen erfasst wird. Insbesondere muss ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes in die Nähe der Zündeinrichtung gelenkt werden, um dort mit der angesaugten Luft ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch auszubilden.
Zu berücksichtigen ist im Zusammenhang mit dem wandgeführten Verfahren, dass die Benetzung der Brennrauminnenwände mit Kraftstoff die Ölverdünnung fördert und die Rohemissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen in nachteiliger Weise steigert.
Beim strahlgeführten Verfahren wird der Kraftstoff gezielt in Richtung Zündeinrichtung eingespritzt, was durch eine entsprechende Ausrichtung der Einspritzstrahlen und eine entsprechend abgestimmte Anordnung von Einspritzeinrichtung und Zündeinrichtung erreicht wird, beispielsweise durch eine Anordnung sowohl der Zündeinrichtung als auch der Einspritzeinrichtung zentral im Zylinderkopf auf der dem Kolbenboden gegenüberliegenden Seite.
Der Transport und die Verteilung des Kraftstoffes erfolgen im Wesentlichen durch den Impuls des Einspritzstrahls, so dass die Gemischbildung vergleichsweise unabhängig von der Brennraumgeometrie ist. Das strahlgeführte Verfahren eignet sich besonders für den geschichteten Betrieb der Brennkraftmaschine, weil einerseits ein zündfähiges Gemisch in einem eng begrenzten Bereich um die Zündeinrichtung herum ausgebildet werden kann und sich andererseits in weiten Bereichen des Brennraums eine geringe Kraftstoffkonzentration realisieren lässt.
Beim luftgeführten Verfahren wird versucht, die Gemischbildung mittels einer der Einlassströmung – beim Ansaugen der Luft in den Brennraum – aufgezwungenen Bewegung zu beeinflussen. Auf diese Weise soll eine gute Durchmischung der angesaugten Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff erzielt werden, wobei ein direktes Auftreffen des eingespritzten Kraftstoffes auf die Innenwände des Brennraums durch die erzeugte Ladungsbewegung bzw. Strömung verhindert werden soll.
Beispielsweise kann die Erzeugung eines sogenannten Tumbles oder einer Drallströmung die Gemischbildung beschleunigen und unterstützen. Ein Tumble ist ein Luftwirbel um eine gedachte Achse, welche parallel zur Drehachse der Kurbelwelle verläuft, im Gegensatz zu einem Drall, der einen Luftwirbel darstellt, dessen Achse parallel zur Kolbenlängsachse, d. h. parallel zur Zylinderlängsachse verläuft.
Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen kann ein gegen den Tumble gerichteter Einspritzstrahl zielführend sein, falls eine möglichst weiträumige Verteilung des Kraftstoffes im gesamten Brennraum angestrebt wird. Dies setzt eine entsprechende Positionierung der Einspritzeinrichtung voraus.
Die Anordnung und die Geometrie des Ansaugsystems, d. h. der Ansaugleitungen, hat maßgeblich Einfluss auf die Ladungsbewegung und damit auf die Gemischbildung, wobei die Ladungsbewegung im Zylinder durch die Brennraumgeometrie mit beeinflusst wird, insbesondere durch die Geometrie des Kolbenbodens bzw. einer gegebenenfalls im Kolbenboden vorgesehenen Kolbenmulde. Nach dem Stand der Technik werden bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen unterschiedliche Maßnahmen ergriffen, um auf die Ladungsbewegung und damit auf die Gemischbildung Einfluss zu nehmen.
Die US 6,827,060 B2 beschreibt ein Ansaugsystem, deren Ansaugleitungen im Inneren mit verschwenkbaren Klappen bzw. Plättchen ausgestattet sind. Durch Verschwenken von Klappen, von denen in jeder Ansaugleitung eine angeordnet ist, wird der Strömungsquerschnitt der jeweiligen Ansaugleitung verkleinert und die beim Ladungswechsel angesaugte Luftströmung eingeschnürt und vorwiegend auf der der Klappe gegenüberliegenden Innenwandung der Ansaugleitung zur Anlage gebracht. Dadurch kann Einfluss genommen werden auf die Ladungsbewegung im Brennraum und damit auf die Gemischbildung. Die erforderliche Verstellmechanik mitsamt den Klappen gemäß der US 6,827,060 B2 ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Zudem führt das Prinzip der verschwenkbaren Klappen grundsätzlich zu einem Druckverlust in der angesaugten Luft und damit zu einer verschlechterten Zylinderfüllung und zu erhöhten Ladungswechselverlusten.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen weiter Bedarf besteht an Vorrichtungen zur Generierung einer Ladungsbewegung.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der in einfacher Weise auf die Ladungsbewegung im Brennraum Einfluss genommen werden kann.
Eine weitere Teilaufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Gemischbildung bei einer derartigen Brennkraftmaschine aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei Zylinder und einer drehbar gelagerten Kurbelwelle, bei der

– jeder Zylinder mindestens eine Einlassöffnung aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung eine Ansaugleitung zum Zuführen von Luft via Ansaugsystem anschließt,
– jeder Zylinder mindestens eine Auslassöffnung aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen von Abgas via Abgasabführsystem anschließt,
– jeder Zylinder einen Brennraum umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens mit ausgebildet ist,
– die Kurbelwelle mit dem Kolben jedes Zylinders gelenkig verbunden ist, so dass der Kolben bei um eine Drehachse umlaufender Kurbelwelle entlang einer Zylinderlängsachse oszilliert,
– jede Einlassöffnung mit einem Ventiltrieb ausgestattet ist mit einem Einlassventil, welches die Einlassöffnung im Rahmen eines Ladungswechsels freigibt, und
– das Ansaugsystem geeignet ist, während des Ladungswechsels bei geöffneter Einlassöffnung einen Tumble im Brennraum des zugehörigen Zylinders zu erzeugen,

– die Ansaugleitung mindestens einer Einlassöffnung mindestens eines Zylinders als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet ist, die einen ersten Leitungsabschnitt aufweist, der sich an die Einlassöffnung anschließt und zumindest teilweise in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert ist, und einen beweglichen zweiten Leitungsabschnitt aufweist, der sich stromaufwärts im Ansaugsystem an den ersten Leitungsabschnitt anschließt und in einer festlegbaren Nullposition mit einer Längsebene, in der die Zylinderlängs-achsen der mindestens zwei Zylinder des mindestens einen Zylinderkopfes liegen, zumindest in einer Projektion in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle einen spitzen Winkel γ_o bildet, wobei dieser zweite Leitungsabschnitt um eine virtuelle Drehachse verschwenkbar ist, in der Art, dass der zweite Leitungsabschnitt mit der Längsebene einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 35° ≤ γ ≤ γ_o + 35°.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können die Ansaugleitungen des Ansaugsystems als verstellbare Ansaugleitungen ausgebildet sein. Mindestens eine Ansaugleitung eines Zylinders wird als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet. Eine verstellbare Ansaugleitung verfügt über zwei Leitungsabschnitte, die gegeneinander verschwenkbar sind, wobei ein zwischen den beiden Leitungsabschnitten ausgebildeter Knick durch das Verschwenken des zweiten Leitungsabschnitts vergrößert bzw. verkleinert werden kann; gegebenenfalls auch eine andere Orientierung erfährt.
Der erste Leitungsabschnitt, der sich an die Einlassöffnung anschließt und zumindest teilweise in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert ist, ist ein bezüglich des zugehörigen Brennraums und ein bezüglich der Einlassöffnung ortsfester unbeweglicher Leitungsabschnitt, wohingegen der zweite Leitungsabschnitt, der stromaufwärts an den ersten Leitungsabschnitt anschließt, ein bezüglich des ersten Leitungsabschnitts und damit ein bezüglich des zugehörigen Brennraums beweglicher, nämlich verschwenkbarer Leitungsabschnitt ist.
Der Ladeluftströmung kann beim Ansaugen eine Bewegung in der Art aufgezwungen werden, dass im Brennraum ein Tumble entsteht. Dabei trifft die via Einlassöffnung in den Brennraum eingeleitete Luftströmung auslassseitig auf das den Brennraum mit begrenzende Zylinderrohr, wird auslassseitig nach unten zum Kolben hin gelenkt, kolbenseitig über den Kolbenboden von der Auslassseite zur Einlassseite geleitet und einlassseitig in Richtung Einlassöffnung bzw. Zylinderkopf zurück geführt, wodurch sich der Strömungsweg der Luft im Brennraum schließt und ein Wirbel, Tumble genannt, ausbildet.
Auf die Bildung und die Stärke dieses Tumbles kann durch Verschwenken des zweiten Leitungsabschnitts Einfluss genommen werden. Wird ein zwischen den beiden Leitungsabschnitten ausgebildeter Knick durch das Verschwenken des zweiten Leitungsabschnitts vergrößert, indem der Winkel γ, den der zweite Leitungsabschnitt mit einer durch die Zylinderlängsachsen aufgespannten Längsebene bildet, vergrößert wird, strömt beim Ansaugen ein größerer Anteil der Luft oberhalb des geöffneten Einlassventils bzw. des Ventiltellers via Einlassöffnung in den Brennraum und ein kleinerer Anteil der Luft unterhalb des geöffneten Einlassventils hindurch in den Brennraum.
Die oberhalb des geöffneten Einlassventils in den Brennraum einströmende Luft beschreibt im Weiteren den oben dargelegten Strömungsweg zur Ausbildung eines Tumbles, wohingegen die unterhalb des geöffneten Einlassventils in den Brennraum eintretende Luft der Ausbildung dieses Tumbles eher entgegensteht bzw. entgegenwirkt. Insofern korreliert auch die Stärke des ausgebildeten Tumbles mit dem Luftanteil, der oberhalb des geöffneten Einlassventils in den Brennraum eingeleitet wird und damit korreliert die Stärke dieses Tumbles mit der Größe des zwischen den beiden Leitungsabschnitten ausgebildeten Knicks bzw. mit der Größe des Winkels γ.
Erfindungsgemäß ist für den zweiten Leitungsabschnitt ein Verschwenkbereich von 70° vorgesehen, der im Bedarfsfall aber auch größer gewählt werden kann. Die Nullposition, in der der zweite Leitungsabschnitt mit der Längsebene den spitzen Winkel γ_o bildet, muss nicht zwingend die Position des zweiten Leitungsabschnitts sein, in welcher der zweite Leitungsabschnitt mit dem ersten Leitungsabschnitt fluchtet.
Im Gegensatz zu der US 6,827,060 B2 werden erfindungsgemäß keine Klappen in den Ansaugleitungen vorgesehen. Mit den Klappen entfallen auch die durch die Klappen bedingten nachteiligen Effekte, nämlich ein in der angesaugten Luft verursachter Druckverlust, eine verschlechterte Zylinderfüllung und erhöhte Ladungswechselverluste.
Zwar wird auch bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Knick die Luftströmung der Ansaugleitung im Einzelfall eingeschnürt. Dies hat aber strömungstechnische Gründe und erfolgt durch Abreißen der Strömung von der Innenwandung im Bereich des Knicks. Hinsichtlich der Strömungsdynamik ist dies weniger nachteilig.
Es sind erfindungsgemäß auch keine zusätzlichen Bauteile im Ansaugsystem anzuordnen und zu montieren. Die jeweilige Ansaugleitung ist lediglich als verstellbare Ansaugleitung auszuführen, die über zwei gegeneinander verschwenkbare Leitungsabschnitte verfügt.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, bei der in einfacher Weise auf die Ladungsbewegung im Brennraum Einfluss genommen werden kann, und löst damit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung mit der Längsebene einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 30° ≤ γ ≤ γ_o + 30°.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung mit der Längsebene einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 25° ≤ γ ≤ γ_o + 25°.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung mit der Längsebene einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 20° ≤ γ ≤ γ_o + 20°.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung mit der Längsebene einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 15° ≤ γ ≤ γ_o + 15°.
Der Winkel bzw. Verschwenkbereich ist im Einzelfall der jeweiligen Anwendung, d. h. der Brennkraftmaschine anzupassen. Der vorgesehene Verschwenkbereich hat aber auch Einfluss auf die Ausbildung der Ansaugleitung als verstellbare Ansaugleitung. Ein größerer Verschwenkbereich kann andere konstruktive Maßnahmen erfordern als ein kleinerer Verschwenkbereich. Der Knick selbst bestimmt den Grad der Umlenkung der Ladeluftströmung in der verstellbaren Ansaugleitung, d. h. die Heftigkeit der Umlenkung und damit auch den Grad des erzeugten Tumbles.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jedes Einlassventil die zugehörige Einlassöffnung versperrt oder im Rahmen eines Ladungswechsels während einer Öffnungsdauer ∆t freigibt und dabei zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h oszilliert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder mit einer Einspritzeinrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders ausgestattet ist.
Die Direkteinspritzung des Kraftstoffes ist ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des Ottomotors. Insbesondere bei der Direkteinspritzung steht aber nur wenig Zeit für die Gemischbildung zur Verfügung, weshalb eine erzwungene Ladungsbewegung zur Unterstützung und Beschleunigung der Gemischbildung besonders vorteilhaft ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzeinrichtung eine Einspritzdüse ist.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse eine nach innen öffnende Mehrlocheinspritzdüse ist. Die Mehrlocheinspritzdüse bietet gegenüber einer piezoelektrisch gesteuerten Einspritzdüse Kostenvorteile und sollte vorzugsweise über 4 bis 10 seitlich angeordnete Düsenöffnungen verfügen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzeinrichtung jeweils im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens des Zylinders angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Zündeinrichtung zur Einleitung der Fremdzündung eine Zündkerze ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Zündeinrichtung in einer Mittelebene, die senkrecht auf der Drehachse der Kurbelwelle steht und in der die Zylinderlängsachse liegt, angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzeinrichtung in einer Mittelebene, die senkrecht auf der Drehachse der Kurbelwelle steht und in der die Zylinderlängsachse liegt, angeordnet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzeinrichtung und die Zündeinrichtung quer zur Kurbelwelle beabstandet zueinander angeordnet sind.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens eine Aufladevorrichtung vorgesehen ist.
Die Aufladung dient in erster Linie der Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine. Die für den Verbrennungsprozess benötigte Luft wird dabei verdichtet, wodurch jedem Zylinder pro Arbeitsspiel eine größere Luftmasse zugeführt werden kann. Dadurch können die Kraftstoffmasse und damit der Mitteldruck gesteigert werden.
Die Aufladung ist ein geeignetes Mittel, bei unverändertem Hubraum die Leistung einer Brennkraftmaschine zu steigern, oder bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren. In jedem Fall führt die Aufladung zu einer Erhöhung der Bauraumleistung und einer günstigeren Leistungsmasse. Wird der Hubraum verkleinert, lässt sich das Lastkollektiv zu höheren Lasten hin verschieben, bei denen der spezifische Kraftstoffverbrauch niedriger ist.
Die Aufladung unterstützt folglich das ständige Bemühen in der Entwicklung von Verbrennungsmotoren, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, d. h. den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu verbessern. Bei gezielter Auslegung der Aufladung können auch Vorteile bei den Schadstoffemissionen erzielt werden. Die Emissionen an Kohlendioxid, die direkt mit dem Kraftstoffverbrauch korrelieren, nehmen mit sinkendem Kraftstoffverbrauch ohnehin ab.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfasst.
Für die Aufladung wird vorliegend mindestens ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind. Der heiße Abgasstrom wird der Turbine zugeführt und entspannt sich unter Energieabgabe in der Turbine, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird.
Der Vorteil eines Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader besteht darin, dass keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
Nichtsdestotrotz können auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Aufladung mindestens einen mechanischen Lader umfasst. Der Vorteil eines mechanischen Laders gegenüber einem Abgasturbolader besteht darin, dass der mechanische Lader in der Regel den angeforderten Ladedruck unabhängig vom momentanen Betriebszustand der Brennkraftmaschine generieren und zur Verfügung stellen kann, insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle. Das gilt im Besonderen für einen mechanischen Lader, der zumindest hilfsweise mittels Elektromaschine antreibbar ist.
Bei der Abgasturboaufladung bereitet es nämlich häufig Schwierigkeiten, einen ausreichend hohen Ladedruck auch bei niedrigen Drehzahlen bereitzustellen. Bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl wird ein Drehmomentabfall beobachtet. Verständlich wird dieser Drehmomentabfall, wenn berücksichtigt wird, dass das Ladedruckverhältnis vom Turbinendruckverhältnis abhängt. Wird beispielsweise die Motordrehzahl verringert, führt dies zu einem kleineren Abgasmassenstrom und damit zu einem kleineren Turbinendruckverhältnis. Dies hat zur Folge, dass zu niedrigeren Drehzahlen hin das Ladedruckverhältnis ebenfalls abnimmt, was gleichbedeutend ist mit einem Drehmomentabfall.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine wird durch unterschiedliche Maßnahmen zu verbessern versucht.
Beispielsweise durch eine kleine Auslegung des Turbinenquerschnitts und gleichzeitiger Abgasabblasung. Eine derartige Turbine wird auch als Waste-Gate-Turbine bezeichnet.
Überschreitet die Abgasmenge eine kritische Größe wird ein Teil des Abgasstromes im Rahmen der sogenannten Abgasabblasung via Bypassleitung an der Turbine vorbei geführt. Diese Vorgehensweise hat aber den Nachteil, dass das Aufladeverhalten bei höheren Drehzahlen bzw. größeren Abgasmengen regelmäßig unzureichend ist.
Die Drehmomentcharakteristik einer aufgeladenen Brennkraftmaschine kann des Weiteren durch mehrere parallel angeordnete Turbolader, d. h. durch mehrere parallel angeordnete Turbinen von kleinerem Turbinenquerschnitt verbessert werden, wobei mit steigender Abgasmenge Turbinen sukzessive zugeschaltet werden.
Die Drehmomentcharakteristik kann auch mittels mehrerer in Reihe geschalteter Abgasturbolader vorteilhaft beeinflusst werden. Durch das in Reihe Schalten von zwei Abgasturboladern, von denen ein Abgasturbolader als Hochdruckstufe und ein Abgasturbolader als Niederdruckstufe dient, kann das Verdichterkennfeld in vorteilhafter Weise aufgeweitet werden und zwar sowohl hin zu kleineren Verdichterströmen als auch hin zu größeren Verdichterströmen.
Vorteilhaft sind daher auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen mindestens zwei Abgasturbolader vorgesehen sind, die jeweils eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem angeordneten Verdichter umfassen.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung gelenkig miteinander verbunden sind. Dann ist der zweite Leitungsabschnitt nicht nur um eine virtuelle Drehachse, sondern vielmehr um eine gegenständliche Achse, nämlich die Achse des Gelenks, verschwenkbar.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der erste Leitungsabschnitt und der zweite Leitungsabschnitt einer verstellbaren Ansaugleitung via Zwischenelement miteinander verbunden sind. Diese Ausführungsform zeigt, dass der erste Leitungsabschnitt nicht unmittelbar an den zweiten Leitungsabschnitt anschließen muss, sondern durchaus beabstandet zu diesem Leitungsabschnitt angeordnet sein kann, wobei dann mindestens ein Zwischenelement als Verbindungsstück vorzusehen ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Zwischenelement verformbar ist. Die Beweglichkeit des zweiten schwenkbaren Leitungsabschnitts wird durch die Verformbarkeit des Zwischenelementes bewerkstelligt bzw. unterstützt.
Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine wird mindestens eine Ansaugleitung eines Zylinders als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet. Besonders vorteilhaft wäre es aber, wenn jeder Zylinder über mindestens eine verstellbare Ansaugleitung verfügt.
Vorteilhaft sind daher insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Ansaugleitung mindestens einer Einlassöffnung jedes Zylinders als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet ist.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugleitung einer Einlassöffnung jedes Zylinders als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet ist. Vorliegend verfügt jeder Zylinder über mindestens zwei Einlassöffnungen aber nur über eine verstellbare Ansaugleitung.
Es können aber auch mehrere verstellbare Ansaugleitungen je Zylinder vorgesehen werden. Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, sind daher auch Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugleitung jeder Einlassöffnung jedes Zylinders als verstellbare Ansaugleitung ausgebildet ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die verstellbaren Ansaugleitungen in der Art gekoppelt sind, dass die zugehörigen zweiten Leitungsabschnitte gemeinsam verschwenkbar sind. Dann reicht eine gemeinsame Verstellmechanik aus, um sämtliche verstellbare Ansaugleitungen zu betätigen, d. h. zu verschwenken.
Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die verstellbaren Ansaugleitungen zu einem gemeinsamen Einlasskrümmer zusammenführen, der verschwenkbar ist. Die zweiten Leitungsabschnitte können dabei Teil des Sammelbereichs bzw. Sammelbehältnisses des Einlasskrümmers sein, d. h. des Plenums.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mindestens zwei Einlassöffnungen aufweist, können auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugleitungen von mindestens zwei Einlassöffnungen jedes Zylinders als verstellbare Ansaugleitungen ausgebildet sind, wobei jeweils der zweite Leitungsabschnitt einer ersten zylinderzugehörigen Ansaugleitung gegenüber dem zweiten Leitungsabschnitt einer zweiten zylinderzugehörigen Ansaugleitung verschwenkbar ist.
Dabei können die ersten zylinderzugehörigen Ansaugleitungen zu einem ersten gemeinsamen Einlasskrümmer zusammenführen und die zweiten zylinderzugehörigen Ansaugleitungen zu einem zweiten gemeinsamen Einlasskrümmer. Vorteilhafterweise sind dann die beiden Einlasskrümmer gegeneinander verschwenkbar. Die gegeneinander verschwenkbaren Einlasskrümmer könnten im Einzelfall zur Erzeugung eines Dralls im Zylinder verwendet werden.
Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe, nämlich ein Verfahren zur Gemischbildung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine einer vorstehend beschriebenen Art bereitzustellen, wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der bewegliche zweite Leitungsabschnitt mindestens einer verstellbaren Ansaugleitung in der Art verschwenkt wird, dass der Winkel γ, welchen der zweite Leitungsabschnitt mit der Längsebene bildet, verändert wird, um Einfluss auf die Stärke eines Tumbles im Brennraum des zugehörigen Zylinders zu nehmen.
Das bereits für die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Der Tumble stellt zudem sicher, dass die Innenwände des Zylinderrohres nicht bzw. möglichst wenig mit Kraftstoff benetzt werden. Erreicht wird dies durch die Ladeluftströmung des Tumbles, die auslassseitig entlang des Zylinderrohres in Richtung Kolben geführt und einlassseitig entlang des Zylinderrohres in Richtung des Zylinderkopfes gelenkt wird. Dies wirkt sich insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen vorteilhaft aus, bei denen aufgrund der größeren Ladeluftmenge auch größere Kraftstoffmengen eingespritzt werden können bzw. einzuspritzen sind, weshalb der Gemischbildung eine besondere Bedeutung zukommt.
Eine derartige Strömungsführung sorgt zudem für eine gute Innenkühlung des Zylinders und damit auch für eine Absenkung der Prozesstemperaturen, wobei die entlang des Zylinderrohres und des Kolbenbodens geführte Ladeluft die Brennraumwände mittels Konvektion kühlt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der Tumble verstärkt wird, um im Brennraum befindlichen Kraftstoff weiträumig im Brennraum des Zylinders zu verteilen, wodurch die Gemischbildung mittels Tumble beschleunigt wird und ein im Brennraum befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Tumble homogenisiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1a schematisch und im Halbschnitt den Brennraum eines Zylinders einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Ansaugsystem zur Veranschaulichung des Prinzips der verstellbaren Ansaugleitung, und
1b schematisch die in 1a dargestellte erste Ausführungsform mit der verstellbaren Ansaugleitung in der Nullposition, in einer ersten Verschwenkposition und in einer zweiten Verschwenkposition.
1a zeigt schematisch und im Halbschnitt den Brennraum 1a eines Zylinders 1 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt Ansaugsystem 3 zur Veranschaulichung des Prinzips der verstellbaren Ansaugleitung 4.
Der Zylinder 1 weist zwei Einlassöffnungen 2 auf, von denen eine Einlassöffnung 2 dargestellt ist. An die dargestellte Einlassöffnung 2 schließt sich eine Ansaugleitung 4 zum Zuführen von Luft via Ansaugsystem 3 an. Die Einlassöffnung 2 ist mit einem Ventiltrieb ausgestattet, der ein Einlassventil umfasst, welches die zugehörige Einlassöffnung 2 versperrt oder im Rahmen eines Ladungswechsels während einer Öffnungsdauer ∆t freigibt und dabei zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h oszilliert. Das Einlassventil wird in der Ventilschaftführung 5 aufgenommen und axial geführt.
Der Kolben des Zylinders 1 ist gelenkig mit einer Kurbelwelle verbunden, wobei der Kolben bei umlaufender Kurbelwelle entlang der Zylinderlängsachse 1b oszilliert. Die Drehachse der nicht dargestellten Kurbelwelle steht senkrecht auf der Zeichenebene. Insofern handelt es sich bei dem in 1a dargestellten Halbschnitt um eine Projektion in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle.
Die Ansaugleitung 4 der Einlassöffnung 2 ist als verstellbare Ansaugleitung 4 ausgebildet und daher geeignet, während des Ladungswechsels bei geöffneter Einlassöffnung 2 einen Tumble im Brennraum 1a des Zylinders 1 zu erzeugen.
Die verstellbare Ansaugleitung 4 verfügt über einen ersten Leitungsabschnitt 4a, der sich an die Einlassöffnung 2 anschließt, und über einen beweglichen zweiten Leitungsabschnitt 4b, 4b _o, der sich stromaufwärts an den ersten Leitungsabschnitt 4a anschließt und in der dargestellten Nullposition mit der Längsebene 1c, die von den Zylinderlängsachsen 1b aufgespannt wird, einen spitzen Winkel γ_o bildet. Der zweite Leitungsabschnitt 4b, 4b _o ist um eine virtuelle Drehachse verschwenkbar, so dass der Winkel γ, den der zweite Leitungsabschnitt 4b, 4b _o mit der Längsebene 1c bildet, vergrößert bzw. verkleinert wird.
1b zeigt schematisch die in 1a dargestellte erste Ausführungsform mit der verstellbaren Ansaugleitung 4 in der Nullposition, in einer ersten Verschwenkposition und in einer zweiten Verschwenkposition. Es soll nur ergänzend zu 1a ausgeführt werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf 1a. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Der zweite Leitungsabschnitt 4b, 4b ₁ bildet in der ersten Verschwenkposition mit der Längsebene 1c einen kleineren Winkel γ₁. Derselbe zweite Leitungsabschnitt 4b, 4b ₂ bildet nach einem Verschwenken in die zweite Verschwenkposition einen größeren Winkel γ₂ mit der Längsebene 1c.
Die via geöffneter Einlassöffnung 2 in den Brennraum 1a eintretende Ladeluftströmung ist infolge entsprechender Verschwenkung des zweiten Leitungsabschnitts 4b bei Eintritt in den Brennraum 1a im Wesentlichen auf die Auslassseite gerichtet, d. h. auf den auslassseitigen Zylinderrohrbereich gerichtet. Die Ladeluftströmung wird beim Auftreffen auf das Zylinderrohr umgelenkt und entlang des Zylinderrohres in Richtung des Kolbens geführt. Bei Erreichen des Kolbens wird die Ladeluftströmung dann von der Auslassseite über den Kolbenboden in Richtung Einlassseite geleitet. Eine weitere Strömungsumlenkung führt die Luft in Richtung des Zylinderkopfes, wodurch ein Tumble ausgebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
1a: Brennraum
1b: Zylinderlängsachse
1c: Längsebene
1c´: parallele Ebene zur Längsebene
2: Einlassöffnung
3: Ansaugsystem
4: Ansaugleitung
4a: erster Leitungsabschnitt
4b: zweiter Leitungsabschnitt
4b_o: zweiter Leitungsabschnitt in der Nullposition
4b₁: zweiter Leitungsabschnitt in der ersten Verschwenkposition
4b₂: zweiter Leitungsabschnitt in der zweiten Verschwenkposition
5: Ventilschaftführung
γ_o: Winkel zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt und der Längsebene in der Nullposition
γ₁: Winkel zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt und der Längsebene in einer ersten Verschwenkposition
γ₂: Winkel zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt und der Längsebene in einer zweiten Verschwenkposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6827060 B2 [0024, 0024, 0035]

Claims

Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf umfassend mindestens zwei Zylinder (1) und einer drehbar gelagerten Kurbelwelle, bei der – jeder Zylinder (1) mindestens eine Einlassöffnung (2) aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung (2) eine Ansaugleitung (4) zum Zuführen von Luft via Ansaugsystem (3) anschließt, – jeder Zylinder (1) mindestens eine Auslassöffnung aufweist, wobei sich an jede Auslassöffnung eine Abgasleitung zum Abführen von Abgas via Abgasabführsystem anschließt, – jeder Zylinder (1) einen Brennraum (1a) umfasst, der durch einen Kolbenboden eines zylinderzugehörigen Kolbens mit ausgebildet ist, – die Kurbelwelle mit dem Kolben jedes Zylinders (1) gelenkig verbunden ist, so dass der Kolben bei um eine Drehachse umlaufender Kurbelwelle entlang einer Zylinderlängsachse (1b) oszilliert, – jede Einlassöffnung (2) mit einem Ventiltrieb ausgestattet ist mit einem Einlassventil, welches die Einlassöffnung (2) im Rahmen eines Ladungswechsels freigibt, und – das Ansaugsystem (3) geeignet ist, während des Ladungswechsels bei geöffneter Einlassöffnung (2) einen Tumble im Brennraum (1a) des zugehörigen Zylinders (1) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ansaugleitung (4) mindestens einer Einlassöffnung (2) mindestens eines Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitung (4) ausgebildet ist, die einen ersten Leitungsabschnitt (4a) aufweist, der sich an die Einlassöffnung (2) anschließt und zumindest teilweise in dem mindestens einen Zylinderkopf integriert ist, und einen beweglichen zweiten Leitungsabschnitt (4b) aufweist, der sich stromaufwärts im Ansaugsystem (3) an den ersten Leitungsabschnitt (4a) anschließt und in einer festlegbaren Nullposition mit einer Längsebene (1c), in der die Zylinderlängsachsen (1b) der mindestens zwei Zylinder (1) des mindestens einen Zylinderkopfes liegen, zumindest in einer Projektion in Richtung der Drehachse der Kurbelwelle einen spitzen Winkel γ_o bildet, wobei dieser zweite Leitungsabschnitt (4b) um eine virtuelle Drehachse verschwenkbar ist, in der Art, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 35° ≤ γ ≤ γ_o + 35°.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 30° ≤ γ ≤ γ_o + 30°.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 25° ≤ γ ≤ γ_o + 25°.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 20° ≤ γ ≤ γ_o + 20°.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) mit der Längsebene (1c) einen Winkel γ bildet mit: γ_o – 15° ≤ γ ≤ γ_o + 15°.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einlassventil die zugehörige Einlassöffnung (2) versperrt oder im Rahmen eines Ladungswechsels während einer Öffnungsdauer ∆t freigibt und dabei zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung unter Ausbildung eines Ventilhubs ∆h oszilliert.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (1) mit einer Einspritzeinrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum (1a) des Zylinders (1) ausgestattet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung jeweils im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens des Zylinders (1) angeordnet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader vorgesehen ist, der eine im Abgasabführsystem angeordnete Turbine und einen im Ansaugsystem (3) angeordneten Verdichter umfasst.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (4a) und der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) gelenkig miteinander verbunden sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungsabschnitt (4a) und der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer verstellbaren Ansaugleitung (4) via einem Zwischenelement miteinander verbunden sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement verformbar ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (4) mindestens einer Einlassöffnung (2) jedes Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitung (4) ausgebildet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der jeder Zylinder (1) mindestens zwei Einlassöffnungen (2) aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung (2) eine Ansaugleitung (4) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (4) einer Einlassöffnung (2) jedes Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitung (4) ausgebildet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der jeder Zylinder (1) mindestens zwei Einlassöffnungen (2) aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung (2) eine Ansaugleitung (4) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitung (4) jeder Einlassöffnung (2) jedes Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitung (4) ausgebildet ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbaren Ansaugleitungen (4) in der Art gekoppelt sind, dass die zugehörigen zweiten Leitungsabschnitte (4b) gemeinsam verschwenkbar sind.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbaren Ansaugleitungen (4) zu einem gemeinsamen Einlasskrümmer zusammenführen, der verschwenkbar ist.
Fremdgezündete Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der jeder Zylinder (1) mindestens zwei Einlassöffnungen (2) aufweist, wobei sich an jede Einlassöffnung (2) eine Ansaugleitung (4) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugleitungen (4) von mindestens zwei Einlassöffnungen (2) jedes Zylinders (1) als verstellbare Ansaugleitungen (4) ausgebildet sind, wobei jeweils der zweite Leitungsabschnitt (4b) einer ersten zylinderzugehörigen Ansaugleitung (4) gegenüber dem zweiten Leitungsabschnitt (4b) einer zweiten zylinderzugehörigen Ansaugleitung (4) verschwenkbar ist.
Verfahren zur Gemischbildung bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche zweite Leitungsabschnitt (4b) mindestens einer verstellbaren Ansaugleitung (4) in der Art verschwenkt wird, dass der Winkel γ, welcher der zweite Leitungsabschnitt (4b) mit der Längsebene (1c) bildet, verändert wird, um Einfluss auf die Stärke eines Tumbles im Brennraum (1a) des zugehörigen Zylinders (1) zu nehmen.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Tumble verstärkt wird, um im Brennraum (1a) befindlichen Kraftstoff weiträumig im Brennraum (1a) des Zylinders (1) zu verteilen, wodurch die Gemischbildung mittels Tumble beschleunigt wird und ein im Brennraum (1a) befindliches Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Tumble homogenisiert wird.