DE19716642A1 - Mehrzylinder-Ottomotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung - Google Patents

Mehrzylinder-Ottomotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung

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Description

Die Erfindung betrifft Mehrzylinder-Ottomotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung gemäß dem Oberbegriff des 1 Anspruches und Verfahren zum Betreiben desselben.
Vorbekannt ist durch die Schrift EP 0 519 275 B1 ein gattungsgemäßer Mehrzylin­ der-Ottomotor mit Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum. Im Zylinderkopf sind je Zylinder zwei Einlaß- und Auslaßventile angeordnet, wobei deren Kanäle jeweils an eine gemeinschaftliche Ansaug- bzw. Abgasanlage angeschlossen sind. Eine Zündkerze ist im Zentrum zwischen den Ein- und Auslaßventilen angeordnet. Eine Einspritzdüse mündet jedoch außermittig am Rande der Zylinderkontur flach in den Zylinderkopf und spritzt stark außermittig an den Rand einer flachen Brennraum­ mulde im Kolben.
Diese Lösung weist einen dezentralen Brennraum mit flachen Querschnitten verse­ henen teilweise, zerklüfteten Brennraum im Kolben auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrzylinder-Ottomotor genannter Gattung mit kompaktem Brennraum, mit zentraler Lage der Einspritzdüse zum Brennraum und mit einer Lage der Zündkerze für hohe Zündsicherheit bei allen Betriebsarten zu schaffen. Gleichzeitig werden Verfahren zum Betreiben dieses Motors, u. a. mit Aufladung, bei verschiedenen Betriebsverhältnissen offenbart, die hohe Wirtschaftlichkeit und Schadstoffminderung ergeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches genannte Anordnung mit den Ausgestaltungen gemäß den Unter­ ansprüchen sowie mit den in den Verfahrensansprüchen genannten Einstellungen gelöst.
Die erfindungsgemäße Zuordnung von Ein- und Auslaßventilen, der Einspritzdüse sowie der Zündkerze läßt eine vielfältige dynamische Beeinflussung der Verbren­ nung im Zusammenspiel mit nur einem abschaltbaren Einlaßventil oder verschließ­ baren Einlaßkanal zu.
Es können unterschiedliche Gestaltungen von zentralen Brennräumen eingeordnet werden.
Die angegebenen betriebsbereichabhängigen Verfahren zum Betreiben der Brenn­ kraftmaschine beruhen auf der dynamischen Beeinflussung der Verbrennung im Rahmen der erfindungsgemäßen Zuordnung.
Die Ausgestaltungen gemäß den Unteransprüchen werden im Zusammenhang mit ihren vorteilhaften Wirkungen im nachfolgenden Teil beschrieben.
Anhand einer Zeichnung sollen Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Ottomotors erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Zuordnung der Ein- und Auslaßventile sowie von Einspritzdüse und Zündkerze;
Fig. 2 eine Ansicht in den Zylinderboden des Zylinderkopfes; Fig. 3 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf mit partiellen Auf­ brüchen zur Darstellung der Zündkerze und der Dachschrä­ gen der Ein- und Auslaßventilseite;
Fig. 4 eine fiktive Draufsicht auf das Zylinderelement mit schema­ tisierten Darstellung der Ventilsitze, der Lage der Einspritz­ düse und deren Strahlkegel;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Verbindungsgeraden von Zünd­ kerzenbohrung und Düsenführung durch den Zylinderkopf und Kolben im Bereich seiner Brennraummulde;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Kolbens mit der Brenn­ raummulde;
Fig. 7 Ansichten zur Gestaltung des Kolbenkopfes mit der Brenn­ raummulde,
a Draufsicht auf den Kolbenkopf;
b eine Seitenansicht des Kolbenkopfes senkrecht zur Kolbenbolzenachse;
c eine Seitenansicht des Kolbenkopfes in Richtung der Kolbenbolzenachse;
d ein Schnitt durch die Brennraummulde in der Ebene der Verbindungsgeraden von Zündkerzenbohrung und Düsenführung;
Fig. 8 das Kennfeld eines erfindungsgemäßen Motors mit den Betriebsmodi für Ventilsteuerung, Einspritzung, Ladungsbe­ wegung im Zylinder, Abgasrückführung sowie Gemischcha­ rakteristik.
Die Erfindung bezieht sich auf Ottomotoren mit Kraftstoffdirekteinspritzung. Im auf den Zylinderblock 1 montierten Zylinderkopf 3 sind je Zylinder zwei Einlaß- E1; E2 und zwei Auslaßventile A1; A2 angeordnet, wobei deren Kanäle jeweils an eine gemeinschaftliche Ansaug- bzw. Abgasanlage angeschlossen sind. Eines der Einlaßventile E2 ist direkt oder indirekt über einen verschließbaren Ansaugkanal abschaltbar.
In Fig. 1 ist über der Projektion des Zylinderbohrung Z im Zylinderblock 1 die erfin­ dungsgemäße Zuordnung der Ein- E1; E2 und Auslaßventile A1; A2 sowie von Einspritzdüse 4 und Zündkerze 5 schematisiert gezeigt.
Die Einlaßventile E1; E2 sind etwa symmetrisch zu einer durch die Zylinderachse ZA laufenden Senkrechten zur Kurbelwellenachse KWA angeordnet, wobei die Einspritzdüse 4 im Brennraum 30 im Zylinderkopf 1 außermittig der Zylinderboh­ rung 2 mündet. Eine Zündkerze 5 reicht etwa im Bereich der Zylinderachse ZA in den Brennraum 30.
Zwischen dem Einlaßventil E1 und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil A1 ist der Abstand größer als zwischen Einlaß- E2 und Auslaßventil A2 auf der anderen Zylinderhälfte.
Die Einspritzdüse 4 mündet zwischen dem stetig öffnenden Einlaßventil E1 und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil A1 im Brennraum 30. Diese Einordnung der Einspritzdüse 4 zwischen den unsymmetrisch zueinander plazierten Ein- E1 und Auslaßventilen A1 ermöglicht eine zentrumsnahe Mündung der Einspritzdüse 4 im Brennraum 30 neben dem Durchtritt der Zündkerze 5. Der Brennraum 30 im Zylinderkopf 3 wird überwiegend von einer Deckschräge 31 auf der Einlaßventilseite und einer Deckschräge 32 auf der Auslaßventilseite gebildet, siehe Fig 2. Die Ebene der Deckschräge 31 auf der Einlaßventilseite verläuft durch die Verbindungsgrade VE der Ventilsitze von E1 und E2 und die der Deckschräge 32 auf der Auslaßventilseite durch die Verbindungsgerade VA der Ventilsitze von A1 und A2, siehe Fig 3.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die vorbeschriebene Anordnung mit zentraler Lage der Zündkerze 5 eine der Zylinderachse ZA angenäherte Plazierung mit günstiger Neigung der Einspitzdüse zuläßt. Eine Einspritzdüse 4 mit zu ihrer Achse symmetri­ schem Strahlkegel 40 aus einem oder mehreren Strahlen gebildet, erzielt eine günstige Ausbreitung des Kraftstoffes sowohl im offenen Zylinderraum - Kolben 2 am UT - als auch im Verdichtungszustand, siehe Fig. 5.
In Fig. 6 ist in perspektivischer Ansicht der Kolben 2 mit seiner schalenförmig gerundeten einseitg abgeflacht auslaufende Brennraummulde 20 dargestellt. Sie erstreckt sich symmetrisch um eine fiktive Verbindungsgerade EZ zwischen Zündker­ zen- und Düseneintrittspunkt im Brennraum 30 des Zylinderkopfes 3. Ihr tiefster Zentralbereich 20Z ist mit einer Abreißkante 25 am Ende der aufsteigenden Kontur zu versehen und liegt im Elektrodenbereich der Zündkerze 5, siehe Fig. 7a-7d. Von Grenzkonturen 21; 22, die durch eine, die Abreißkante 25 am Ende der aufstei­ genden Kontur 24 bildende Verbindungsebene 23 verbunden sind, ist die Brennraummulde 20 hufeisenförmig umschlossen.
Die Verbindungsebene 23 kann eine flache, rinnenartige in den Quetschbereich führender Kontur 26 aufweisen, die vom radialen Bereich im Zylinder zur Zündker­ ze 5 geführt ist - siehe Fig. 6 -.
Die vertiefte Kontur des Brennraumes 30 im Zylinderkopf 3 überdeckt die Brenn­ raummulde 20 im Kolben 2 nur teilweise. Im Bereich dieser Überdeckung liegt somit das zentrale Volumen des Verdichtungsraumes - siehe Fig. 5 -.
Der einseitig abgeflacht auslaufende Auftragsbereich der Brennraummulde 20 ist teilweise von der Deckfläche des Zylinderkopfes 3 eben überdeckt, so daß beim Verdichtungshub die Quetschströmung bei Annäherung des Kolbens 2 an den OT in die Tiefe der Brennraummulde 20 zur Zündkerze 5 hin verläuft.
Vorteilhaft können die Auslaßventile A1; A2 bezogen auf die Dichtebene 3d des Zylinderkopfes 3, in unterschiedlichen Winkeln αA1; αA2 geneigt angeordnet sein - siehe Fig. 3 -, so daß die Ventilschaftenden (nicht gezeigt) beider Ventile A1; A2 in Richtung der Kurbelwellenachse KWA in gleicher Höhe, etwa in einer Linie, enden. Damit wird ein Versatz im Bereich der Eingriffsebene der Ventiltriebselemente am Ventilschaft, der durch die unsymmetrische Lage der Ventile auf ihrer Zylinderhälfte bei gleichem Ventilwinkel eintreten würde, vermieden.
Die Einspritzdüse 4 weist vorzugsweise einen Strahlkegel 40 auf, dessen Hüllkontur 41 unterhalb der Zündstrecke der Zündkerze 5 verläuft und dessen Strahlachse 40A bei Stellung des Kolbens 2 im Bereich des OT vor dem Zentralbereich (20Z) die Oberfläche der Brennraummulde (20m) schneidet. Diese Ausrichtung des Strahlkegels 40 sichert sowohl beim Einspritzen während des Verdichtungstaktes vor OT als auch bei Einspritzung während des Ansaugtaktes in den freien Zylinderraum gute Ergebnis bei der Kraftstoffverteilung auf die jeweilige Raumgröße.
Der Einlaßkanal des stetig öffnenden Einlaßventiles E1 weist eine Kanalform oder Anordnungen auf, die einen Drall in Richtung zum Auslaßventil A1 im Zylinderraum anfacht.
Er weist vorzugsweise einen geringeren Querschnitt als der Einlaßkanal des weite­ ren, abschaltbaren Einlaßventiles E2 auf. Das abschaltbare Einlaßventil E2 ist mit einem Einlaßkanal für drallfreies Einströmen ausgestattet, wobei dessen Einström­ charakteristik vorzugsweise den vom stetig öffnenden Einlaßventil E1 verursachten Drall stört bzw. zerstört und aufhebt.
Ein in vorbeschriebener Weise ausgestalteter, vorzugsweise mit Abgasturbolader betriebenen Mehrzylinder-Ottomotor, wird im Bereich oberhalb der Leerlaufdrehzahl bis 60-70% der Nenndrehzahl bei Laststellungen unterhalb von 50-60% des Nenn­ momentes wie folgt betrieben:
Alle Ein- E1; E2 und Auslaßventile A1; A2 sind taktrichtig wirksam, womit beim Ansaugvorgang nur eine schwache Drallströmung oder bzw. eine turbulente Strömung im Zylinderraum herrscht. Die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt im wesentlichen während des Verdichtungstakt.
Beim Annähern des Kolbens 2 an den OT während des Verdichtungstaktes sorgt die Quetschströmung für eine Strömungsausbildung im zentralen Brennraumbereich 20; 30 im Kolben 2 und Zylinderkopf 3. Das Luftverhältnis λ ist dabei wesentlich größer als 1 eingestellt.
Mittels einer geteilten Einspritzung des Kraftstoffes, ein größerer Teil wird bei Beginn des Verdichtens und ein geringer Kraftstoffanteil wird vorzugsweise nach 60% des Hubes vom Verdichtungstakt eingespritzt, kann einerseits eine Homogenisierung für den größeren Teil des eingespritzten Kraftstoffes erzielt und andererseits mit dem später eingespritzten geringen Kraftstoffanteil eine zündwillige "Wolke" im Bereich 20Z der Brennraummulde 20 vor der Zündstrecke der Zündkerze 5 gebildet werden. Aus dem mit Kraftstoff angereicherten Bereich 20Z erfolgt nach der Zün­ dung das Durchbrennen der Ladung. Vorteilhaft ist dabei eine AGR-Rate zwischen 15 und 30% eingestellt.
Im Bereich oberhalb der Leerlaufdrehzahl bis 60-70% der Nenndrehzahl und Laststellungen oberhalb von 50-60% des Nennmomente ist nur das stetig öffnende Einlaßventil E1 wirksam.
Es wird eine drehzahlabhängige Drallströmung im Zylinderraum während des Ansaugtaktes angefacht, in die die Einspritzung des wesentlichen Kraftstoffanteiles erfolgt. Dieser Drall hält sich auch während des Verdichtungshubes und wirkt auch im Verdichtungsraum, dort jedoch überlagert von der Quetschströmung im Bereich des OT. Es ist eine AGR-Rate zwischen 25 und 40% eingestellt.
Denkbar ist es auch, bei diesem Betriebsbereich zum Erzeugen einer "Zündwolke", eine geteilte Einspritzung des Kraftstoffes vorzusehen, wobei ein geringer Kraft­ stoffanteil vorzugsweise nach 60% des Hubes vom Verdichtungstakt eingespritzt wird.
Bei allen Laststellungen im Bereich oberhalb 60-70% der Nenndrehzahl sind beide Einlaßventile E1; E2 wirksam, die Einspritzung erfolgt im wesentlichen während des Ansaugtaktes. Das Luftverhältnis λ ist größer 1 eingestellt, nähert sich jedoch zur Vollastlinie hin dem Wert 1.
Die in ihrer Zusammensetzung zündwillige Ladung wird während des Ansaugens turbulent im Zylinderraum verteilt. Dabei kann eine AGR-Rate bis zu 10% ein­ gestellt sein.
Am Ende des Verdichtungshubes wird eine Ladungsbewegung im zentralen Brenn­ raumbereich 20; 30 durch die Quetschströmung erzeugt, die sich als Tumble-Strö­ mung um eine Achse quer zur Brennraumerstreckung ausbildet. Hierzu kann auch die flache, rinnenartige in den Quetschbereich führender Kontur auf der Verbindungsebene 23 am Kolben 2 dienen - siehe Fig. 6 -, die Ladung vom Außenbereich des Zylinders zur Zündkerze 5 geführt.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch ein kompaktes zentrales Volumen des Verdichtungsraumes aus, welches von der vertieften Kontur des Brennraumes 30 im Zylinderkopf 3 und der von ihr überdecken Brennraummulde 20 im Kolben 2 eingegrenzt wird.
Die Deckschräge 31 auf der Einlaßventilseite und die Deckschräge 32 auf der Auslaßventilseite öffnen sich zur Einspritzdüse 4 hin, wie die sie bestimmenden Verbindungsgraden VE und VA - siehe Fig. 2 -.
Dies erlaubt es, radial hinter der Einspritzdüse 4 einen größeren Quetschbereich zu bilden, dessen Strömung bei Kolbenbewegung zum OT Ladung in die Brennraummulde 20 in Richtung der Zündkerze 5 verdrängt. Bei später Einspritzung während des Verdichtens etwa an der Oberfläche der Brennraummulde 20 angelagerter Kraftstoff wird abgelöst und der Zündstrecke der Zündkerze 5 zugeweht.
Bezugszeichenliste
1
Zylinderblock
2
Kolben
20
Brennraummulde
20
Z Zentralbereich von
20
20
A Auftragsbereich von
20
21
Grenzkontur zu
31
(Deckschräge Einlaßventilseite)
22
Grenzkontur zu
32
(Deckschräge Auslaßventilseite)
23
Verbindungsebene zwischen
21
und
22
24
aufsteigende Kontur
25
Abreißkante
26
Kontur, flach rinnenartig
3
Zylinderkopf
3
d Dichtebene
30
Brennraum im Zylinderkopf
31
Deckschräge Einlaßventilseite
32
Deckschräge Auslaßventilseite
4
Einspritzdüse
40
Strahlkegel
41
Hüllkontur
5
Zündkerze
A1; A2 Auslaßventile
E1 stetig öffnendes Einlaßventil
E2 abschaltbares Einlaßventil oder Einlaßventil mit abschaltbarem Kanal
EZ Verbindungsgrade von Zündkerzendurchtritt und Einspritzdüsendurch­ tritt im Zylinderkopf zum Zylinderraum
VE Verbindungsgrade der Ventilsitze von E1 und E2
VA Verbindungsgrade der Ventilsitze von A1 und A2
Z Zylinderbohrung
ZA Zylinderachse
KWA Kurbelwellenachse
NWA Nockenwellenachse
αA1 Winkel der Ventilachse A1a zu 3d
αA2 Winkel der Ventilachse A2a zu 3d

Claims (18)

1. Mehrzylinder-Ottomotor mit Kraftstoffdirekteinspritzung und folgendem Aufbau:
  • - im Zylinderkopf sind je Zylinder zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile ange­ ordnet, wobei deren Kanäle jeweils an eine gemeinschaftliche Ansaug- bzw. Abgasanlage angeschlossen sind,
  • - die Einlaßventile sind etwa symmetrisch einer durch die Zylinderachse laufen­ den Senkrechten zur Kurbelwellen angeordnet,
  • - die Einspritzdüse mündet im Brennraum außermittig der Zylinderprojektion,
  • - eine Zündkerze ragt etwa im Bereich der Zylinderachse in den Brennraum, gekennzeichnet durch folgende Merkmale
  • - eines der Einlaßventile (E2) ist direkt oder indirekt über das Schließen seines Einlaßkanals abschaltbar,
  • - zwischen dem stetig geöffneten Einlaßventil (E1) und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil (A1) ist der Abstand größer als zwischen Einlaß- (E2) und Auslaßventil (A2) auf der anderen Zylinderhälfte,
  • - die Einspritzdüse (4) ist im Brennraum (30) mündend zwischen dem stetig öffnenden Einlaßventil (E1) und dem auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventil (A1) angeordnet.
2. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Brennraum (30) im Zylinderkopf (3) von einer Deckschräge (31) auf der Einlaßventilseite und einer Deckschräge (32) auf der Auslaßventilseite überwiegend gebildet wird, dabei verläuft die Ebene der Deckschräge (31) durch die Verbin­ dungsgrade (VE) der Ventilsitze der Einlaßventile (E1; E2) und die der Deckschrä­ ge (32) durch die Verbindungsgrade (VA) der Ventilsitze der Auslaßventile (A1; A2).
3. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Gestaltung des Brennraumes (30) im Kol­ ben (2)
  • - eine schalenförmig gerundete, im Auftragsbereich (20A) einseitig abgeflacht auslaufende Brennraummulde (20) erstreckt sich symmetrisch um eine fiktive Verbindungsgerade (VE) zwischen Zündkerzen- und Düsendurchtritt im Brenn­ raum (30) und weist im Elektrodenbereich der Zündkerze (5) den tiefsten Zen­ tralbereich (20Z) mit einer Abreißkante (25) am Ende der aufsteigenden Kon­ tur (24) auf,
  • - die Brennraummulde (20) ist von Grenzkonturen (21; 22) hufeisenförmig um­ schlossen, welche durch eine die Abreißkante am Ende der aufsteigenden Kontur (24) bildende Verbindungsebene (23) verbunden sind.
4. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von den Einspritzdüsen (4) entfernten Seite der Zündkerze (5) in der Verbindungsebene (23) flache, rinnenartige in den Quetschbereich führender Kon­ tur (26) angeordnet ist.
5. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefe Kontur (33) des Brennraumes (30) im Zylinderkopf (3) die Brennraum­ mulde (20) im Kolben (2) nur teilweise überdeckt.
6. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einseitg abgeflacht auslaufende Auftragsbereich (20A) der Brennraum­ mulde (20) teilweise von der Deckfläche des Zylinderkopfes (3) überdeckt ist.
7. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (A1; A2), bezogen auf die Dichtebene (3d) des Zylinderkop­ fes 3, in unterschiedlichen Winkeln geneigt angeordnet sind, so daß die Ventilschaftenden beider Ventile (A1; A2) in Richtung der Kurbelwellenachse (KWA) etwa in einer Linie enden.
8. Mehrzylinder-Ottomotor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (4) die Verbindungsgerade (EZ) zwischen den Achsen des Einlaßventiles (E1) und des auf der gleichen Zylinderhälfte liegenden Auslaßventi­ les (A1) tangierend oder überdeckend in den Brennraum (30) mündet.
9. Mehrzylinder-Ottomotor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkontur (41) des Strahlkegels (40) der Einspritzdüse (4) unterhalb der Zündstrecke der Zündkerze 5 verläuft und im OT die Strahlachse (40A) der Einspritz­ düse (4) vor dem Zentralbereich (20Z) der Brennraummulde (20) schneidet.
10. Mehrzylinder-Ottomotor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal des stetig öffnenden Einlaßventiles (E1) eine Kanalform oder Anordnungen aufweist, die einen Drall im Zylinderraum indiziert, der in Richtung zum Auslaßventil (A1) gerichtet ist.
11. Mehrzylinder-Ottomotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal des stetig öffnenden Einlaßventiles (E1) einen geringeren Quer­ schnitt als der Einlaßkanal des abschaltbaren Einlaßventiles (E2) aufweist.
12. Mehrzylinder-Ottomotor nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal des abschaltbaren Einlaßventiles (E2) eine drallfreie oder den vom stetig öffnenden Einlaßventil (E1) indizierten Drall störende Einströmcharak­ teristik aufweist.
13. Verfahren zum Betreiben eines vorzugsweise mit Abgasturbolader betriebenen Mehrzylinder-Ottomotors nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Betriebsmerkmale im Bereich oberhalb der Leerlauf­ drehzahl bis 60-70% der Nenndrehzahl bei Laststellungen unterhalb von 50-60% des Nennmomentes,
  • - alle Ein- (E1; E2) und Auslaßventile (A1; A2) sind wirksam,
  • - die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt im wesentlichen im Verdichtungstakt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine geringe Kraftstoffmenge im Verdichtungstakt, vorzugsweise nach 60% des Hubes eingespritzt wird.
15. Verfahren zum Betreiben eines vorzugsweise mit Abgasturbolader betriebenen Mehrzylinder-Ottomotors nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Betriebsmerkmale im Bereich oberhalb der Leerlauf­ drehzahl bis 60-70% der Nenndrehzahl und Laststellungen oberhalb von 50-60% des Nennmomente,
  • - nur das stetig öffnende Einlaßventil (E1) sind wirksam,
  • - die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt im wesentlichen im Ansaugtakt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine AGR-Rate zwischen 25 und 40% eingestellt ist.
17. Verfahren zum Betreiben eines vorzugsweise mit Abgasturbolader betriebenen Mehrzylinder-Ottomotors nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Betriebsmerkmale bei allen Laststellungen im Bereich oberhalb 60-70% der Nenndrehzahl:
  • - beide Einlaßventile (E1; E2) sind wirksam,
  • - die Einspritzung des Kraftstoffes erfolgt im wesentlichen im Ansaugtakt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine AGR-Rate bis zu 10% eingestellt ist.
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0997622A1 (de) * 1998-10-30 2000-05-03 Renault Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und verbessertem Kolben
WO2001090542A1 (de) * 2000-05-26 2001-11-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzsystem und verfahren zur brennstoffeinspritzung
EP1469174A1 (de) * 2003-02-03 2004-10-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
FR2863309A1 (fr) * 2003-12-09 2005-06-10 Renault Sas Moteur a combustion interne a allumage commande et procede de stratification pour haute suralimentation d'un tel moteur
EP1384870A3 (de) * 2002-07-27 2005-09-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fremdgezündete, direkteinspritzende Brennkraftmaschine
WO2006048128A1 (de) * 2004-11-03 2006-05-11 Daimlerchrysler Ag Brennraum einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzung
WO2006048129A1 (de) * 2004-11-03 2006-05-11 Daimlerchrysler Brennkraftmaschine
WO2006079369A1 (de) * 2004-11-03 2006-08-03 Daimlerchrysler Ag Brennraumgestaltung einer direkteinspritzenden brennkraftmaschine
EP1816336A1 (de) * 2006-02-07 2007-08-08 Bruno De Prato Verbrennungsmotor mit fünf Ventilen pro Zylinder
EP1443188A3 (de) * 2003-02-03 2008-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
FR2923866A1 (fr) * 2007-11-20 2009-05-22 Renault Sas Piston pour moteur a combustion interne adapte au fonctionnement avec un carburant du type gnv.
DE10139418B4 (de) * 2000-08-24 2012-12-06 Avl List Gmbh Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung
AT16206U1 (de) * 2017-12-19 2019-03-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10035239B4 (de) 2000-07-20 2011-04-21 Daimler Ag Brennkraftmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4920937A (en) * 1988-02-26 1990-05-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine having a squish flow for assisting fuel evaporation
EP0464594A1 (de) * 1990-06-26 1992-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine
EP0558081A1 (de) * 1992-02-28 1993-09-01 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine mit geschichteter Verbrennung
EP0519275B1 (de) * 1991-06-20 1994-03-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor der Direkteinspritzungsart

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4920937A (en) * 1988-02-26 1990-05-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine having a squish flow for assisting fuel evaporation
EP0464594A1 (de) * 1990-06-26 1992-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine
EP0519275B1 (de) * 1991-06-20 1994-03-30 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor der Direkteinspritzungsart
EP0558081A1 (de) * 1992-02-28 1993-09-01 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Brennkraftmaschine mit geschichteter Verbrennung

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0997622A1 (de) * 1998-10-30 2000-05-03 Renault Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung und verbessertem Kolben
FR2785334A1 (fr) * 1998-10-30 2000-05-05 Renault Moteur a combustion interne a allumage commande et a injection directe comportant un piston perfectionne
WO2001090542A1 (de) * 2000-05-26 2001-11-29 Robert Bosch Gmbh Brennstoffeinspritzsystem und verfahren zur brennstoffeinspritzung
DE10139418B4 (de) * 2000-08-24 2012-12-06 Avl List Gmbh Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung
EP1384870A3 (de) * 2002-07-27 2005-09-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fremdgezündete, direkteinspritzende Brennkraftmaschine
EP1469174A1 (de) * 2003-02-03 2004-10-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
EP1443188A3 (de) * 2003-02-03 2008-03-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung
FR2863309A1 (fr) * 2003-12-09 2005-06-10 Renault Sas Moteur a combustion interne a allumage commande et procede de stratification pour haute suralimentation d'un tel moteur
WO2006079369A1 (de) * 2004-11-03 2006-08-03 Daimlerchrysler Ag Brennraumgestaltung einer direkteinspritzenden brennkraftmaschine
WO2006048129A1 (de) * 2004-11-03 2006-05-11 Daimlerchrysler Brennkraftmaschine
US7506631B2 (en) 2004-11-03 2009-03-24 Daimler Ag Internal combustion engine
WO2006048128A1 (de) * 2004-11-03 2006-05-11 Daimlerchrysler Ag Brennraum einer brennkraftmaschine mit direkteinspritzung
EP1816336A1 (de) * 2006-02-07 2007-08-08 Bruno De Prato Verbrennungsmotor mit fünf Ventilen pro Zylinder
US7370618B2 (en) 2006-02-07 2008-05-13 Bruno De Prato Internal combustion engine with five valves per cylinder
FR2923866A1 (fr) * 2007-11-20 2009-05-22 Renault Sas Piston pour moteur a combustion interne adapte au fonctionnement avec un carburant du type gnv.
AT16206U1 (de) * 2017-12-19 2019-03-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
EP3502450A1 (de) * 2017-12-19 2019-06-26 Innio Jenbacher GmbH & Co OG Zylinderkopf für einen verbrennungsmotor
CN109973236A (zh) * 2017-12-19 2019-07-05 Ge延巴赫两合无限公司 用于一种内燃机的汽缸盖

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DE19716642C2 (de) 1999-04-01

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