DE19828946A1 - Procedure for control of running reciprocating piston internal combustion engine - Google Patents

Procedure for control of running reciprocating piston internal combustion engine

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DE19828946A1
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Abstract

The directed admission with small valve lifts is increased and with medium and large valve lifts reduced. With small valve lifts, the admission is increased additionally by the flow-conducive formation of the non constricted construction of the circumferential angle section of the admission passage. With medium valve lifts, the reducing of the admission takes place through flow-conducive formation of the no more constricted section with medium valve lifts joining the constricted section with small valve lifts. An Independent claim is included for a reciprocating piston internal combustion engine in which the inlet valve(10) and wall of the inlet port(16) is constructed to give increased admission with small valve lifts and reduced admission with medium and large valve lifts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfin­ dung betrifft weiter eine Hubkolbenbrennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 5.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1. The invention dung further relates to a reciprocating piston internal combustion engine according to the preamble of the An Proverbs 5

Aus der DE 195 35 147 A1, von der in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche ausgegangen wird, ist bekannt, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Zylinder, der wenigstens zwei Einlaßventile aufweist, derart auszubilden, daß bei kleinen Ventilhüben eine gerichtete Einströmung der Frischluft bzw. Frischladung in den Zylinder erfolgt und bei größeren Ventilhüben die Einströmung zunehmend ungerichtet erfolgt. Dies wird bei­ spielsweise dadurch erreicht, daß die Wände der Einlaßkanäle stromabwärts der Ventilsitze im Umfangsbereich des Zylinders etwa parallel zur Bewegungsrichtung der zugehörigen Einlaßventile verlaufende Zylindersegmente bilden, deren Tiefe einem kleinen Ventilhub entspricht.From DE 195 35 147 A1, of which in the preambles of the independent claims it is known to be a reciprocating piston internal combustion engine with a cylinder has at least two inlet valves, such that in the case of small valve strokes the fresh air or fresh charge is directed into the cylinder and with larger valve strokes, the inflow is increasingly undirected. This will be at achieved, for example, in that the walls of the inlet channels downstream of the valve seats in the peripheral area of the cylinder approximately parallel to the direction of movement of the associated Inlet valves form cylindrical segments whose depth is a small valve lift corresponds.

Mit Hilfe einer gezielten Wirbelbildung im Zylinder bzw. Brennraum - der Wirbel kann um die Zylinderachse (Drall) oder um eine Achse senkrecht zur Zylinderachse (Tumble) erfolgen - wird eine Erhöhung der Flammenausbreitungsgeschwindigkeit erreicht, was die Restgasverträglichkeit und Magerlauffähigkeit und damit den Verbrauch und die Abgasqua­ lität verbessert. Wenn bei Vollast, d. h. vollem Ventilhub, eine erhöhte Ladungsbewegung erhalten bleibt, vergrößert dies die Klopfneigung der Verbrennung, wodurch das mögliche Vollastdrehmoment vermindert und der Vollastverbrauch erhöht wird.With the help of targeted vortex formation in the cylinder or combustion chamber - the vortex can around the cylinder axis (swirl) or around an axis perpendicular to the cylinder axis (tumble) occur - an increase in flame propagation speed is achieved, which the Residual gas compatibility and lean running ability and thus the consumption and the exhaust gas quality lity improved. If at full load, i.e. H. full valve lift, increased charge movement remains, this increases the knocking tendency of the combustion, which makes the possible Full load torque is reduced and the full load consumption is increased.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gat­ tungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine derart weiterzubilden, daß die Wirbelbildung in Abhängigkeit vom Ventilhub bzw. der Last im Hinblick auf geringen Verbrauch, gute Abgasqualität und hohes Drehmoment optimiert wird.The invention has for its object a generic method and a gat  appropriately developed reciprocating internal combustion engine such that the vortex formation depending on the valve lift or the load with regard to low consumption, good Exhaust gas quality and high torque is optimized.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.The part of the object of the invention relating to the method is characterized by the features of Main claim solved.

Danach wird das bekannte Verfahren erfindungsgemäß derart weitergebildet, daß die bei kleinen Ventilhüben gerichtete Einströmung in den Zylinder gezielt verstärkt und bei mitt­ leren Ventilhüben gezielt abgeschwächt werden.Thereafter, the known method is further developed according to the invention such that the at small valve strokes directional inflow into the cylinder and specifically at medium lter valve strokes are deliberately weakened.

Für die gezielte Verstärkung und Abschwächung der gerichteten Einströmung, d. h. die ge­ zielte Verstärkung oder Abschwächung der Drallströmung (Wirbelachse etwa mit der Zy­ linderachse zusammenfallend) oder Tumbleströmung (Wirbelachse etwa senkrecht zur Zy­ linderachse) gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen einige in den Unteransprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet sind.For the targeted reinforcement and weakening of the directed inflow, d. H. the ge aimed at strengthening or weakening the swirl flow (vortex axis approximately with the Zy linder axis coinciding) or tumble flow (vortex axis approximately perpendicular to the zy linderachse) there are different possibilities, some of them in the subclaims 2 to 4 are marked.

Der auf die Vorrichtung gerichtete Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Die Unteransprüche 6 bis 11 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gerichtet.The part of the object of the invention directed towards the device has the features of claim 5 solved. The sub-claims 6 to 11 are advantageous developments the internal combustion engine according to the invention directed.

Insgesamt wird mit der Erfindung die Einströmung in den Zylinder derart gesteuert, daß bei kleinen Ventilhüben eine möglichst starke Wirbelströmung im Zylinder entsteht, die bei mittleren und großen Ventilhüben gezielt abgeschwächt wird. Die Abschwächung kann da­ durch erfolgen, daß die durch eine Einlaßöffnung hindurch bei kleinen Ventilhüben erfol­ gende Wirbelströmung bei mittleren Ventilhüben durch den dann freigegebenen Einström­ querschnitt und die dadurch entstehende zusätzliche Einlaßströmung gezielt geschwächt wird, und/oder dadurch, daß zwei Einlaßventile vorgesehen sind, deren bei kleinen Ventil­ hüben gerichtete Einlaßströmungen sich verstärken und deren Einlaßströmungen sich bei mittleren und großen Ventilhüben gegenseitig stören bzw. abschwächen.Overall, the inflow into the cylinder is controlled with the invention in such a way that With small valve strokes, the greatest possible vortex flow in the cylinder arises, which medium and large valve strokes is specifically weakened. The weakening can be there by that the success through an inlet opening with small valve strokes vortex flow at medium valve strokes due to the then released inflow cross-section and the resulting additional inlet flow deliberately weakened is, and / or in that two inlet valves are provided, the small valve often directed inlet flows are increasing and their inlet flows are increasing  medium and large valve strokes interfere with each other or weaken.

Mit der Erfindung wird im Schwachlastbereich der Verbrauch vermindert und die Abgas­ qualität verbessert, ohne daß dadurch im mittleren oder höheren Lastbereich Nachteile ent­ stehen.With the invention, the consumption and the exhaust gas are reduced in the low load range improved quality without ent disadvantages in the medium or higher load range stand.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings, for example and explained with further details.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 eine Ansicht von unten eines Zylinderkopfes, Fig. 1 is a bottom view of a cylinder head,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Zylinderkopfes der Fig. 1, geschnitten in der Ebene II-II in Fig. 1, Fig. 2 is a sectional view of the cylinder head of FIG. 1, taken in the plane II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht des Zylinderkopfes gemäß Fig. 1, geschnitten in der Ebene III-III, Fig. 3 is a sectional view of the cylinder head shown in FIG. 1, taken in the plane III-III,

Fig. 4 und 5 Schnittansichten von drei Ausführungsbeispielen von Einlaßkanälen, FIGS. 4 and 5 are sectional views of three embodiments of inlet channels,

Fig. 6 Kurven zur Erläuterung der Wirksamkeit der Erfindung, und Fig. 6 curves to explain the effectiveness of the invention, and

Fig. 7 eine Ventilhubkurvenschar, entsprechend der die Last gesteuert wird. Fig. 7 is a valve lift curve family, according to which the load is controlled.

Gemäß Fig. 1 weist ein insgesamt mit 8 bezeichneter Zylinder zwei Einlaßventile 10 (dun­ kel schraffiert) und zwei Auslaßventile 12 auf.Referring to FIG. 1, a total of 8 cylinders, designated by two intake valves 10 (dun kel hatched), and two outlet valves 12.

Der Brennraum bzw. die Oberseite des Zylinders ist insgesamt dachförmig, so daß die Einlaßventile und die Auslaßventile einen Winkel miteinander bilden. Mit 14 ist in Fig. 1 die sogenannte Quetschfläche des Zylinderkopfes bezeichnet, an die der Kolben (nicht dar­ gestellt) in seinem oberen Totpunkt in enge Anlage kommt.The combustion chamber or the top of the cylinder is roof-shaped overall, so that the inlet valves and the outlet valves form an angle with one another. With 14 in Fig. 1, the so-called squeezing surface of the cylinder head is referred to, to which the piston (not shown) comes into close contact at its top dead center.

Mit 16 sind die Einlaßkanäle und mit 18 die Auslaßkanäle bezeichnet. Die Ventile liegen im geschlossenen Zustand an Sitzringen 20 an, die in den Fig. 2 und 3 schwarz ausgezo­ gen eingezeichnet sind.With 16 the inlet channels and with 18 the outlet channels are designated. The valves rest in the closed state on seat rings 20 , which are drawn in black in FIGS . 2 and 3.

Die Wände der Einlaßkanäle 16 sind, wie in Fig. 1 mit einer dicken schwarzen Linie ange­ deutet, als Abschirmungen 22 ausgebildet, indem sie in einem Winkelbereich um die Ach­ se des jeweiligen Einlaßventils 10 parallel zur Bewegungsrichtung der Einlaßventile 10 über die Ventilsitzringe 20 hinaus verlängert sind, so daß sich bei kleinem Hub der Einlaß­ ventile 10 im Bereich der Abschirmungen 22 nur ein geringer Einströmquerschnitt ergibt. Der Winkelbereich, längs dessen sich die Abschirmung 22 erstreckt, reicht von etwa der Stelle, an der die beiden Ventilachsen gemeinsame Ebene den Zylinderumfang schneidet, zylinderaußenseitig um die Ventile herum bis annäherend wiederum zu der den beiden Ven­ tilachsen gemeinsamen Ebene. Auf diese Weise wird bei kleinem Ventilhub eine Tumble­ strömung erreicht, da die Einströmung durch die wenig geöffneten Ventilöffnungen hin­ durch gemäß Fig. 1 im wesentlichen senkrecht nach unten längs der Innenfläche des Zylin­ derkopfes erfolgt.The walls of the inlet channels 16 are, as indicated in FIG. 1 with a thick black line, formed as shields 22 by extending them in an angular range around the axis of the respective inlet valve 10 parallel to the direction of movement of the inlet valves 10 via the valve seat rings 20 are, so that with a small stroke of the inlet valves 10 in the area of the shields 22 there is only a small inflow cross section. The angular range along which the shield 22 extends extends from approximately the point at which the two valve axes common plane intersects the cylinder circumference on the outside of the cylinder around the valves to approximately in turn to the plane common to the two valve axes. In this way, a tumble flow is achieved with a small valve lift, since the inflow through the little open valve openings takes place through according to FIG. 1 essentially vertically downwards along the inner surface of the cylinder head.

Infolge der Abschirmung 22 bilden die Wände der Einlaßkanäle stromabwärts der Ventil­ sitzringe 20 Zylindersegmente 24, die sich in Umfangsrichtung um die Ventile im Winkel­ bereich der Abschirmung erstrecken und parallel zur Bewegungsrichtung der Einlaßventile 10 verlaufen. In Fig. 2 ist ein solches Zylindersegment 24 sichtbar.As a result of the shield 22 form the walls of the inlet channels downstream of the valve seat rings 20 cylinder segments 24 which extend in the circumferential direction around the valves in the angular region of the shield and run parallel to the direction of movement of the inlet valves 10 . Such a cylinder segment 24 is visible in FIG. 2.

Gemäß Fig. 3 sind die Höhen (bzw. Tiefen) der Zylindersegmente 24 verschieden. Die Höhe H1 des dem gemäß Fig. 3 linken Einlaßventil 10 zugeordneten Zylindersegments 24 ist größer als die Höhe H2 des dem gemäß Fig. 3 rechten Einlaßventil 10 zugeordneten Zy­ lindersegments 24.Referring to FIG. 3, the heights (or depths) are different, the cylinder segments 24. The height H 1 of the FIG. 3 left inlet valve 10 associated with cylinder segment 24 is greater than the height H 2 of the FIG. 3, right inlet valve 10 associated Zy relieving segments 24.

An jedes Zylindersegment 24 schließt sich zum Inneren des Zylinders hin ein sich aufwei­ tender Bereich 26 an, der mit strömungsgünstiger Kontur ausgebildet ist. Dabei ist der dem rechten Einlaßventil 10 zugeordnete, sich aufweitende Bereich 26 höher bzw. tiefer als der den linken Ventil 10 zugeordnete, sich aufweitende Bereich, da die Höhe bzw. Tie­ fe der sich aufweitenden Bereiche durch die Ebene begrenzt ist, in der die Quetschfläche 14 verläuft.Each cylinder segment 24 is followed by an expanding region 26 towards the inside of the cylinder, which is designed with a streamlined contour. Here, the right inlet valve 10 associated, widening area 26 is higher or lower than the left valve 10, associated expanding area, since the height or depth of the expanding areas is limited by the plane in which the squeeze surface 14 runs.

Fig. 4 zeigt die Schnitte von drei Ausführungsbeispielen von Mündungen von Einlaßkanä­ len 16. Der mit A bezeichnete Kreis zeigt bei allen Ausführungsformen den Konturverlauf der Mündung des Einlaßkanals 16 in das Innere des Zylinders in dem Bereich, der der Ab­ schirmung 22 gegenüberliegt. Im Bereich der Abschirmung 22 bildet die Zylinderinnen­ wand ein Zylindersegment mit einem Umfangswinkel von etwa 160°. Fig. 4 shows the sections of three embodiments of mouths of Einlaßkanä len 16th The circle labeled A shows in all embodiments, the contour of the mouth of the inlet channel 16 into the interior of the cylinder in the area opposite the shield 22 from. In the area of the shield 22 , the inner cylinder wall forms a cylinder segment with a circumferential angle of approximately 160 °.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a geht die Innenwand des Zylinderkopfes 27 (grob gestrichelt) etwa rechtwinklig in den Einlaßkanal 16 über, in dem nach einer kurzen Strecke der sich konisch verengende Sitzring 20 beginnt.In the embodiment according to FIG. 4a, the inner wall of the cylinder head 27 (roughly dashed) merges approximately at right angles into the inlet duct 16 , in which the conically narrowing seat ring 20 begins after a short distance.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4b ist der Zylinderkopf im Bereich der Mündung des Einlaßkanals 16 in den Zylinder mit einer Fase 28 versehen, die den sich aufweitenden Sitzring 20 in strömungsgünstiger Weise glatt fortsetzt. Dies führt dazu, daß sich der Durchströmquerschnitt in dem der Abschirmung 22 gegenüberliegenden Bereich rasch auf­ weitet, wenn der nicht dargestellte Ventilteller sich bis in den Bereich der Phase 28 vom Sitzring 20 abhebt. Damit wird eine günstige Strömungsführung erreicht, die den Tumble­ effekt verstärkt.In the embodiment according to FIG. 4b, the cylinder head is provided with a chamfer 28 in the region of the mouth of the inlet channel 16 into the cylinder, which chamfer continues the expanding seat ring 20 smoothly in a streamlined manner. This leads to the flow cross-section rapidly expanding in the area opposite the shield 22 when the valve disk (not shown) lifts up from the seat ring 20 into the area of the phase 28 . In this way, favorable flow guidance is achieved, which increases the tumble effect.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4c wird die rasche Querschnittsaufweitung dadurch erreicht, daß der Zylinderkopf 27 im Bereich A einen Freistich 30 aufweist. Dieser Frei­ stich 30 dient ebenfalls dazu, den Tumbleeffekt bei kleinen Ventilhüben zu verstärken.In the embodiment according to FIG. 4c, the rapid cross-sectional widening is achieved in that the cylinder head 27 has an undercut 30 in area A. This free stitch 30 also serves to reinforce the tumble effect with small valve lifts.

Die Wirkungen der Fase 28 bzw. des Freistichs 30 zur Wirbelverstärkung können zusätz­ lich dadurch vergrößert werden, daß die Fase bzw. der Freistich bezogen auf den Ventil­ sitz außermittig bzw. exzentrisch ausgebildet werden. Auf diese Weise ergibt sich bei der Herstellung des Freistichs bzw. der Fase gemäß Fig. 4 mittels eines Werkzeugs, mit dem auch der Ventilsitz gefräst wird, eine Aufweitung des Durchströmquerschnitts in Richtung der Exzentrizität bzw. des Versatzes der Mittelpunkte, was zu der Wirbelverstärkung führt. Die Exzentrizität liegt vorteilhafterweise in Richtung der erstrebten gerichteten Strö­ mung.The effects of the chamfer 28 or the undercut 30 for reinforcing the vertebrae can additionally be increased by the fact that the chamfer or the undercut related to the valve seat are formed eccentrically or eccentrically. In this way, during the production of the undercut or the chamfer according to FIG. 4 by means of a tool with which the valve seat is also milled, the flow cross-section is widened in the direction of the eccentricity or the offset of the center points, which leads to the vortex reinforcement . The eccentricity is advantageously in the direction of the desired directional flow.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Mündung des oder der Einlaßkanäle 16. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 4b ist das zylinderinnenraumseitige Ende des zylindrischen Bereiches 24 bzw. der Abschirmung 22 etwas einwärts versetzt, so daß an dem der Fase 28 gegenüberliegenden Winkelbereich der Mündung des Einlaßkanals 16 in den Zylinderinnenraum eine weitere, allerdings weniger tiefe Fase 32 ausgebildet ist. Fig. 5 shows another embodiment of a mouth of the, or the inlet channels 16. In contrast to the embodiment of FIG. 4b, the end of the cylindrical region 24 or the shield 22 on the cylinder interior side is offset somewhat inwards, so that at the angular region opposite the chamfer 28 of the mouth of the inlet channel 16 into the cylinder interior there is a further but less deep chamfer 32 is trained.

Fig. 5a zeigt das Einlaßventil 10 bei geringer Öffnung bzw. kleinem Hub. Fig. 5b zeigt das Einlaßventil bei mittlerem Hub. Fig. 5a shows the intake valve 10 at a low opening or a small stroke. Fig. 5b shows the inlet valve with a medium stroke.

Gemäß Fig. 5a ist bei kleinem Hub der rechte Bereich bzw. der mit der Abschirmung 22 ausgebildete der Einlaßöffnung annähernd verschlossen, so daß nur eine sehr schwache Einströmung (drei Pfeile) einsetzt und die wesentliche Einströmung in dem mit der Fase 28 ausgebildeten Winkelbereich der Einlaßöffnung einsetzt (Pfeil T). Dieser Pfeil T ver­ deutlicht eine Tumbleströmung, die bei kleinem Ventilhub einsetzt.According to FIG. 5 a, the right-hand region or the inlet opening formed with the shield 22 is almost closed at a small stroke, so that only a very weak inflow (three arrows) begins and the essential inflow in the angular region of the inlet opening formed with the chamfer 28 starts (arrow T). This arrow T indicates a tumble flow that begins with a small valve lift.

Bei mittlerem Ventilhub bzw. einem Hub, der über den Bereich der Abschirmung 22 hin­ ausgeht, öffnet sich mit zunehmendem Ventilhub rasch zunehmend auch der mit der Ab­ schirmung 22 ausgebildete Winkelbereich, so daß eine Gegenströmung B einsetzt, die die Tumbleströmung T gezielt schwächt.At medium valve and a hub that goes beyond the realm of shield 22 back, opens with increasing valve lift quickly, increasingly, shielding the Down 22 trained angle range, so that a counter flow begins B, which weakens the tumble T targeted.

Die Ausführungsformen gemaß Fig. 4a, b und c sowie Fig. 5 können mit denen der Fig. 3, bei der der Sitzring 20 einwärts versetzt ist, kombiniert werden.The embodiments according to FIGS . 4a, b and c as well as FIG. 5 can be combined with those of FIG. 3, in which the seat ring 20 is offset inwards.

Typische maximale Ventilhübe liegen bei 10 mm. Typische Tiefen der Abschirmung 22 liegen bei 2 bis 3 mm. Typische Spalte zwischen dem Ventilaußenrand und der Innenwand der Abschirmung liegen bei einigen Zehntel Millimetern, wobei der Ventildurchmesser ty­ pischerweise zwischen 30 und 40 mm beträgt. Kleine Ventilhübe liegen somit typischer­ weise zwischen 0 und 3 mm; mittlere Ventilhübe liegen zwischen 3 und 6 mm. Große Ventilhübe liegen über 6 mm.Typical maximum valve strokes are 10 mm. Typical depths of the shield 22 are 2 to 3 mm. Typical gaps between the outer edge of the valve and the inner wall of the shielding are a few tenths of a millimeter, the valve diameter typically being between 30 and 40 mm. Small valve lifts are typically between 0 and 3 mm; mean valve strokes are between 3 and 6 mm. Large valve lifts are over 6 mm.

Im folgenden wird die Funktion der beschriebenen Anordnung erläutert:
Gemäß Fig. 7 werden das oder die Einlaßventile 10 (die Erfindung eignet sich auch für Brennkraftmaschinen mit nur einem Einlaßventil je Zylinder) je nach Last, unter der die Brennkraftmaschine läuft, mit unterschiedlichen Hubfunktionen betrieben. Fig. 7 zeigt den Verlauf des Ventilhubs über der Winkelstellung der Kurbelwelle, wobei die von links nach rechts zunehmenden Öffnungskurven der Kurvenschar zunehmender Last entsprechen.The function of the arrangement described is explained below:
According to FIG. 7, the intake valve or valves 10 (the invention is also suitable for internal combustion engines with only one intake valve per cylinder) are operated with different lifting functions depending on the load under which the internal combustion engine is running. FIG. 7 shows the course of the valve lift over the angular position of the crankshaft, the opening curves increasing from left to right corresponding to the load of the curve family increasing.

Eine Vorrichtung, mit der die Einlaßventile entsprechend betätigt werden können, ist aus der DE 43 01 453 bekannt.A device with which the intake valves can be operated accordingly is off known from DE 43 01 453.

Fig. 6 gibt die Tumblestärken an, wie sie mit Ausbildungen der Einlaßkanäle gemäß Fig. 4a bis 4c und Fig. 5 bei einem Zylinder mit einem Einlaßventil erzielt werden. FIG. 6 shows the tumble strengths, as can be achieved with configurations of the inlet channels according to FIGS . 4a to 4c and FIG. 5 for a cylinder with an inlet valve.

Gemäß der Kurve a führt die Ausführungsform gemäß Fig. 4a zu einer Wirbelstärke, die bis zu einem Ventilhub von etwa 2,5 mm zunimmt, dann abfällt und etwa konstant bleibt, bis sie oberhalb 8 mm erneut zunimmt. Die Zunahme bei großen Ventilhüben ist durch die Grundgeometrie des Zylinderkopfes bedingt.According to curve a, the embodiment according to FIG. 4a leads to a vortex strength that increases up to a valve lift of approximately 2.5 mm, then drops and remains approximately constant until it increases again above 8 mm. The increase in large valve strokes is due to the basic geometry of the cylinder head.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 4b oder 4c führen zu einem Verhalten gemäß Kurve b, bei der die Wirbelstärke zunächst deutlich stärker zunimmt als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a, dann im mittleren Bereich abnimmt um anschließend zum Maximalhub hin wieder zunehmen. Nachteilig am Verlauf der Kurve b ist die gegenüber der Kurve a höhe­ re Wirbelstärke im mittleren und großen Ventilhubbereich. Dies führt zu erhöhter Klopf­ neigung und zu Füllungsverlusten.The embodiments according to FIG. 4b or 4c lead to a behavior according to curve b, in which the vortex strength initially increases significantly more than in the embodiment according to FIG. 4a, then decreases in the central region and then increases again towards the maximum stroke. A disadvantage of the course of curve b is the higher eddy strength in the medium and large valve lift range compared to curve a. This leads to an increased knock tendency and to filling losses.

Das Abfallen der Wirbelstärke von den kleinen zu den mittleren Ventilhüben kann ver­ stärkt werden, indem, wie beispielsweise beim rechten Ventil der Fig. 3 oder bei der Aus­ führungsform gemäß Fig. 5, der Sitzring 20 weiter nach innen verlegt wird, so daß der Zylinderkopf zusätzlich zur Abschirmung mit einer Fase versehen werden kann, die dazu führt, daß bei mittleren Ventilhüben, bei denen das Ventil die Abschirmung überfährt, ein großer Einströmquerschnitt freigegeben wird, der zu einer Einströmung führt, die der Tumbleströmung entgegengerichtet ist und diese aufhebt.The drop in the vortex strength from the small to the medium valve strokes can be strengthened by, for example, the right valve of FIG. 3 or the embodiment from FIG. 5, the seat ring 20 is moved further inwards, so that the cylinder head In addition to the shielding, a chamfer can be provided, which leads to a large inflow cross-section being released in the case of medium valve lifts in which the valve passes over the shielding, which leads to an inflow which is opposite to and eliminates the tumble flow.

Die Gegenströmung gemäß Fig. 5 läßt sich nicht nur durch eine zusätzliche Fase an der Maskierung erreichen, sondern auch durch unterschiedliche Maskierungshöhen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Die gerichtete Einströmung bei kleinen Ventilhüben kann sowohl durch eine Fase (Fig. 4b und 5) im nicht maskierten Bereich als auch durch einen Freistich entsprechend Fig. 4c erzielt werden.The counter flow of FIG. 5 can be not only by an additional bevel at the masking reach, but also by different masking heights, as shown in Fig. 3. The directional inflow with small valve strokes can be achieved both by a chamfer (FIGS . 4b and 5) in the non-masked area and by an undercut according to FIG. 4c.

Ein weiterer Vorteil, der mit den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4b und 4c sowie Fig. 5 erzielt wird, ist eine Verbesserung des Durchflußverhaltens des Einlaßkanals mit zu­ gehörigem Einlaßventil gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 4a.Another advantage that is achieved with the embodiments according to FIGS. 4b and 4c and FIG. 5 is an improvement in the flow behavior of the inlet channel with associated inlet valve compared to the embodiment according to FIG. 4a.

Bei einem mit zwei Einlaßventilen gemäß Fig. 3 vorgesehenen Zylinderkopf entstehen im Bereich sehr kleiner Ventilhübe (etwa bis zum Hub H2) sich im Brennraum verstärkende Tumbleströmungen durch beide Einlaßkanäle hindurch. Wird der Ventilhub weiter erhöht, so verliert das gemäß Fig. 3 rechte Zylindersegment 24 seine Wirksamkeit, da das Einlaß­ ventil zunehmend bis in den sich aufweitenden, angephasten Bereich 26 geöffnet wird. Da­ durch steht der durch den rechten Einlaßkanal 16 strömenden Einströmung ein größerer Öffnungsquerschnitt zur Verfügung, der mit zunehmenden Hub zunehmend rotationssym­ metrisch um die Achse des gemäß Fig. 3 rechten Einlaßventils ist. Diese Einströmung hat zunehmend Komponenten, die die weiterhin durch das linke Einlaßventil 10 auf folgende Tumbleströmung stören und aus der Mitte des Brennraums verdrängen, so daß die Wirbel­ stärke insgesamt abnimmt. Die Abnahme kann dadurch verstärkt werden, daß der sich bei Überfahren des Zylindersegments öffnende Bereich 26 sich stärker aufweitet als der nicht abgeschirmte Bereich A gemäß Fig. 4.In the case of a cylinder head provided with two intake valves according to FIG. 3, in the area of very small valve strokes (approximately up to stroke H2), tumble flows which increase in the combustion chamber occur through both intake ducts. If the valve lift is increased further, the cylinder segment 24 on the right in FIG. 3 loses its effectiveness, since the inlet valve is increasingly opened up into the widened, chamfered area 26 . As a result of the inflow flowing through the right inlet channel 16, a larger opening cross section is available which, with increasing stroke, is increasingly rotationally symmetrical about the axis of the right inlet valve according to FIG. 3. This inflow has increasingly components that continue to disrupt the following tumble flow through the left inlet valve 10 and displace it from the center of the combustion chamber, so that the vortex strength decreases overall. The decrease can be increased by the fact that the region 26 which opens when the cylinder segment is passed over widens more than the region A which is not shielded according to FIG. 4.

Die Erfindung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Beispielsweise können die Abschirmungen bzw. Zylindersegmente derart ausgebildet werden, daß eine Drallströmung erzeugt wird, deren Achse etwa mit der Bewegungsachse des Kolbens zusammenfällt. Des­ weiteren können die Einlaßventile mit Abschirmansätzen versehen werden, deren Wirkung der der Zylindersegmente entspricht.The invention can be modified in many ways. For example, the Shields or cylinder segments are formed such that a swirl flow is generated, the axis of which coincides approximately with the axis of movement of the piston. Des further, the inlet valves can be provided with shielding lugs, the effect of which that corresponds to the cylinder segments.

Die dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert oder mit weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Entscheidend für die Realisierung der Erfindung ist, daß bei kleinen Ventilhüben durch gezielte, strömungsgünstige Ausbildung des nicht abgeschirmten Bereiches eine starke Wirbelströmung entsteht, die durch ungleiche Ausbil­ dung der Abschirmungen bei zwei Einlaßventilen und/oder durch gezielte Ausbildung des Überfahren des abgeschirmten Bereiches sich öffnenden Einlaßquerschnitts derart, daß die dann zusätzlich einsetzende Einlaßströmung die bis dahin erfolgende gerichtete Einlaßströ­ mung stört, bei mittleren Ventilhüben gezielt geschwächt wird.The illustrated embodiments can be combined with one another or with others Embodiments can be combined. Crucial for the realization of the invention is that with small valve strokes by targeted, streamlined training of the shielded area, a strong vortex flow arises, which is caused by uneven training extension of the shields with two inlet valves and / or through targeted training of the Passing over the shielded area opening inlet cross-section such that the then additionally starting inlet flow the directed inlet flows which have taken place until then ment disturbs, is weakened with medium valve strokes.

Claims (11)

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit wenigstens einem Zylinder (8), in dem ein Kolben arbeitet, und
wenigstens einem Einlaßventil (10), das in der Mündung eines Einlaßkanals (16) in den Zylinder arbeitet,
wobei die Füllung des Zylinders durch Verkleinerung des Hubs und/oder Verkürzung der Öffnungsdauer des Einlaßventils gesteuert wird und die Mündung des Einlaßkanals mit den Einlaßventilen derart zusammenwirkt, daß bei kleinen Ventilhüben infolge einer Querschnittsverengung längs eines Teils des Umfangswinkelbereiches des Einströmquerschnitts zwischen dem Einlaßventil und der Wand des Einlaßkanals eine ge­ richtete Einströmung unter Ausbildung eines Wirbels im Zylinder erfolgt und wobei die Querschnittsverengung mit zunehmendem Ventilhub abnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die gerichtete Einströmung bei kleinen Ventilhüben verstärkt und bei mittleren und großen Ventilhüben abgeschwächt wird.1. A method for controlling the operation of a reciprocating piston internal combustion engine with at least one cylinder ( 8 ) in which a piston works, and
at least one inlet valve ( 10 ) which works in the mouth of an inlet channel ( 16 ) into the cylinder,
wherein the filling of the cylinder is controlled by reducing the stroke and / or shortening the opening time of the inlet valve and the mouth of the inlet channel interacts with the inlet valves in such a way that with small valve strokes due to a narrowing of the cross section along part of the circumferential angular range of the inflow cross section between the inlet valve and the wall the inlet channel is a ge directed inflow with formation of a vortex in the cylinder and the narrowing of the cross section decreases with increasing valve lift,
characterized in that
the directional inflow is strengthened with small valve strokes and weakened with medium and large valve strokes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerichtete Ein­ strömung bei kleinen Ventilhüben zusätzlich durch strömungsgünstige Ausbildung des nicht verengt ausgebildeten Umfangswinkelbereiches des Einströmquerschnitts verstärkt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the directed one flow in the case of small valve strokes additionally through the aerodynamic design of the narrowed circumferential angle range of the inflow cross section is reinforced. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschwä­ chung der gerichteten Einströmung bei mittleren Ventilhüben durch strömungsgünstige Ausbildung des sich an den bei kleinen Ventilhüben verengten Bereich in Einströmrichtung anschließenden, bei mittleren Ventilhüben nicht mehr verengten Bereiches erfolgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the attenuation Directional inflow at medium valve strokes through aerodynamic flow Formation of the area narrowed in the case of small valve strokes in the inflow direction subsequent area that is no longer narrowed at medium valve strokes.   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschwächung der gerichteten Einströmung bei mittleren Ventilhüben dadurch erfolgt, daß zwei Einlaßventile mit zugehörigen Einlaßkanälen in den Zylinder vorgesehen sind, deren bei kleinen Ventilhüben gerichtete Einströmungen sich unterstützen und deren Einströmun­ gen sich bei mittleren Ventilhüben stören.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the Attenuation of the directional inflow takes place at medium valve strokes in that two inlet valves with associated inlet channels are provided in the cylinder, the with small valve strokes directed inflows support and their inflow can interfere with medium valve strokes. 5. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit
wenigstens einem Zylinder (8), in dem ein Kolben arbeitet, und
wenigstens einem Einlaßventil (10), das in der Mündung eines Einlaßkanals (16) in dem Zylinder arbeitet,
wobei die Füllung des Zylinders durch Verkleinerung des Hubs und/oder Ver­ kürzung der Öffnungsdauer des Einlaßventils gesteuert wird und die Mündung des Einlaß­ kanals mit dem Einlaßventil derart zusammenwirkt, daß bei kleinen Ventilhüben infolge ei­ ner Querschnittsverengung längs eines Teils des Umfangswinkelbereiches des Einström­ querschnitts zwischen dem Einlaßventil und der Wand des Einlaßkanals eine gerichtete Einströmung unter Ausbildung eines Wirbels im Zylinder erfolgt und wobei die Quer­ schnittsverengung mit zunehmendem Ventilhub abnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Einlaßventil (10) und die mit ihm zusammenwirkende Wand des Einlaßka­ nals (16) derart ausgebildet sind, daß die gerichtete Einströmung bei kleinen Ventilhüben durch strömungsgünstige Ausbildung des nicht verengt ausgebildeten Umfangswinkelberei­ ches des Einströmquerschnitts verstärkt wird und durch strömungsgünstige Ausbildung des sich an den bei kleinen Ventilhüben verengten Bereich in Einströmrichtung anschließenden, bei mittleren Ventilhüben nicht mehr verengten Bereiches abgeschwächt wird.5. Reciprocating internal combustion engine with
at least one cylinder ( 8 ) in which a piston works, and
at least one inlet valve ( 10 ) which works in the mouth of an inlet channel ( 16 ) in the cylinder,
wherein the filling of the cylinder is controlled by reducing the stroke and / or shortening the opening duration of the inlet valve and the mouth of the inlet channel cooperates with the inlet valve in such a way that with small valve strokes as a result of a narrowing of the cross section along a part of the circumferential angular range of the inflow cross section between the Inlet valve and the wall of the inlet channel a directed inflow takes place with the formation of a vortex in the cylinder and the cross-sectional narrowing decreases with increasing valve lift,
characterized in that
the inlet valve ( 10 ) and the wall of the inlet channel ( 16 ) cooperating with it are designed such that the directional inflow at small valve strokes is strengthened by the streamlined design of the non-constricted circumferential angle range of the inflow cross section and by the streamlined design of the at small valve strokes narrowed area in the inflow direction, with medium valve strokes no longer narrowed area. 6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Einlaßkanals (16) in dem bei kleinen Ventilhüben nicht verengten Win­ kelbereich (28, 30) derart ausgebildet ist, daß sich der Einströmquerschnitt im Bereich kleiner Ventilhübe mit zunehmenden Ventilhub rasch vergrößert. 6. reciprocating internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the inner wall of the inlet channel ( 16 ) in the not narrowed at small valve strokes Win range ( 28 , 30 ) is formed such that the inflow cross section in the area of small valve strokes increases rapidly with increasing valve lift. 7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Einlaßkanals (16) in dem bei kleinen Ventilhüben nicht verengten Win­ kelbereich (28) zum Zylinderinneren hin zur Aufweitung des Einströmquerschnitts abge­ schrägt ist.7. Reciprocating internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the inner wall of the inlet channel ( 16 ) in the not narrowed at small valve strokes Win range ( 28 ) to the inside of the cylinder to the expansion of the inflow cross-section is beveled. 8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (28) bezogen auf die Ventilachse außermittig ausgebildet ist.8. Reciprocating internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the bevel ( 28 ) is formed off-center with respect to the valve axis. 9. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wand des Einlaßkanals (16) in dem bei kleinen Ventilhüben mit ver­ engtem Einströmquerschnitt ausgebildeten Umfangswinkelbereich als etwa parallel zur Be­ wegungsrichtung des Einlaßventils verlaufender Zylinderbereich (24) ausgebildet ist, an den sich ein konisch aufweitender Bereich (26; 32) anschließt9. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 5 to 8, characterized in that the wall of the inlet channel ( 16 ) is formed in the circumferential angular area formed with small valve strokes with a narrow inflow cross section as approximately parallel to the direction of movement of the inlet valve, the cylindrical area ( 24 ) is formed, which is followed by a conically widening region ( 26 ; 32 ) 10. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ventilsitz des Einlaßventils (10) in den Einlaßkanal (16) hinein ver­ setzt ist.10. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 5 to 9, characterized in that the valve seat of the inlet valve ( 10 ) in the inlet channel ( 16 ) is set ver. 11. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens zwei Einlaßventile (10) mit zugehörigen Einlaßkanälen (16) in den Zylinder vorgesehen sind, die derart unterschiedlich ausgebildet sind, daß sich die gerichteten Einströmungen bei kleinen Ventilhüben unterstützen und bei mittleren Ventilhü­ ben stören.11. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 5 to 10, characterized in that at least two inlet valves ( 10 ) with associated inlet channels ( 16 ) are provided in the cylinder, which are designed so differently that the directed inflows support small valve lifts and interfere with medium valve lifts.
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