WO2007056784A2 - Internal combustion engine - Google Patents

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WO2007056784A2
WO2007056784A2 PCT/AT2006/000468 AT2006000468W WO2007056784A2 WO 2007056784 A2 WO2007056784 A2 WO 2007056784A2 AT 2006000468 W AT2006000468 W AT 2006000468W WO 2007056784 A2 WO2007056784 A2 WO 2007056784A2
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Paul Kapus
Reinhard Glanz
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    • F02M26/10Constructional details, e.g. structural combinations of EGR systems and supercharger systems; Arrangement of the EGR and supercharger systems with respect to the engine having means to increase the pressure difference between the exhaust and intake system, e.g. venturis, variable geometry turbines, check valves using pressure pulsations or throttles in the air intake or exhaust system
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    • F02M26/14Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, in particular a supercharged internal combustion engine, having at least one cylinder with a reciprocating piston and at least two inlet valves per cylinder and a roof-shaped combustion chamber top surface in the cylinder head, the inlet ducts leading to the inlet valves generating a tumble flow in the combustion chamber, the main flow directions the sub-streams sucked into the combustion chamber via the inlet valves each include an acute angle with a longitudinal plane determined by the cylinder axes of a row of cylinders, and at least one outlet channel per cylinder.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, an intake and an exhaust line, an internal exhaust gas recirculation system and an external exhaust gas recirculation system with at least one exhaust gas recirculation line, wherein in at least one low and / or medium load range of the internal combustion engine, an internal exhaust gas recirculation and in at least a load range at the same time an internal and external exhaust gas recirculation is performed.
  • the invention also relates to an internal combustion engine having a cylinder head with at least one inlet valve and at least one outlet valve per cylinder, wherein at least one outlet opening is at least partially surrounded by a masking.
  • the invention relates to a method for producing a cylinder head with at least one inlet channel opening into a combustion chamber roof via an inlet opening, which is produced at least partially by casting technology. Furthermore, the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with at least one at least partially cast technology produced via an inlet opening into a combustion chamber roof opening inlet channel.
  • EP 0 444 018 A1 discloses an internal combustion engine having at least two inlet ducts per engine cylinder and roof-shaped boundary surfaces, wherein the main flow directions of the partial flows sucked into the combustion chamber via the inlet ducts form an acute angle with the longitudinal engine plane.
  • the angle of a partial flow of an inlet channel is greater by 10 ° to 40 ° than the angle of a partial flow of the other inlet channel.
  • Both inlet channels are designed for good air flow performance.
  • the different channel design causes a combination of tumbling and swirling motion in the combustion chamber, whereby good swirl numbers are achieved at high throughputs.
  • the injector has seven injection ports on the Injektorstirnseite.
  • the injection of the inclined with respect to the cylinder axis arranged injection device is - in the region of the top dead center of the piston - directed into a piston recess of the piston.
  • the atomized fuel is passed through the wall surface of the piston bowl around the spark plug, forming a charge stratification.
  • the seven injection openings are arranged elliptically on the Injektorstirnseite.
  • the fuel cloud includes an angle between 25 ° and 35 ° in a side view of the injector and an angle between 35 ° and 45 ° in a floor plan.
  • an internal combustion engine with a plurality of intake and exhaust valves per cylinder which has an external and an internal exhaust gas recirculation system.
  • the exhaust gas recirculation line of the external exhaust gas recirculation system branches off the exhaust gas line upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger and enters the inlet line downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger.
  • internal and / or external exhaust gas recirculation is carried out, internal exhaust gas recirculation being possible over the entire operating range of the internal combustion engine. Due to the intended high-pressure exhaust gas recirculation external exhaust gas recirculation is possible only in the low and medium operating range of the internal combustion engine.
  • JP 2001-214812 A discloses an internal combustion engine in which external exhaust gas recirculation is performed in the lower and middle load range and internal exhaust gas recirculation in the upper load range. At low to medium speeds results in good tuning in an internal combustion engine with turbocharging a positive pressure gradient. This means that the intake pressure in the intake manifold is higher than the exhaust back pressure upstream of the turbine. Thus, at full load but no external exhaust gas recirculation in the high pressure part is possible.
  • An externally cooled exhaust gas recirculation would be desirable at high loads, especially at full load, since an improvement of the knocking behavior by inert gas would lead to earlier combustion position. This would reduce the oiling requirement and thus the fuel consumption.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation system In order to carry out external exhaust gas recirculation at full load, a low-pressure exhaust gas recirculation system is necessary.
  • the exhaust gas is removed after the turbine, cooled and fed before the compressor.
  • the mixture of exhaust gas and fresh air can also be cooled via the intercooler.
  • An internal combustion engine with a low-pressure exhaust gas recirculation system and cooling of the recirculated exhaust gas is known, for example, from EP 0 596 855 A1.
  • Efficient Otto engine combustion is characterized in the partial load range by high stability at the highest possible exhaust gas recirculation rates, as well as at full load by compact combustion time and optimal combustion focal points, especially during charging and low speeds.
  • the object of the invention is to avoid these disadvantages and to further reduce the fuel consumption in the full load range in an internal combustion engine with turbocharger. It is also an object of the invention to lower emissions and fuel consumption, in particular in the high load range, without impairing the transient behavior with a negative load step. Another object of the invention is to enable fuel consumption improvement at part load without degrading full load performance. It is another object of the invention to reduce the production cost.
  • the tumble number is between 1.2 and 2, preferably between 1.4 and 1.9.
  • Known internal combustion engines have significantly lower tumble numbers. In known naturally aspirated engines, tumbling numbers between about 0.3 and 0.8 are achieved, with supercharged internal combustion engines tumbling numbers between about 0.5 to 1.1.
  • the provided in the internal combustion engine according to the invention high tumble numbers allow high turbulence in the combustion chamber and a significant reduction in fuel consumption.
  • angles of the main flow directions of the partial flows to the longitudinal plane are determined by the shape of the inlet channels, wherein in each case the axis of the inlet channel, at least just before the inlet valve, with the axis of the inlet valve at an acute angle, preferably greater than 10 ° ,
  • the main flow directions of the two partial flows may include the same acute angle with the longitudinal plane, preferably greater than 10 °, wherein advantageously the inlet channels - viewed in the direction of the longitudinal plane - may be formed congruent.
  • the Tumbleströmung flows in an outlet-side cylinder segment of the combustion chamber cover surface in the direction of the piston, which extends over an angle ⁇ smaller than 180 °, preferably between 60 ° and 120 °.
  • each inlet channel immediately upstream of the valve seat ring has a molded-flow rupture edge.
  • Each flow-off edge can be formed by an intersection of the substantially continuously extending inlet part of the inlet channel with a widening in the direction of flow, preferably conical wall portion in the region of the valve seat ring.
  • the conical wall section is incorporated, for example, by a control cutter provided coaxially with the valve seat ring axis, wherein preferably the control router has at least one conical, cylindrical and / or curved jacket region.
  • the cross section of the inlet channel is narrowed in a nozzle-like manner, at least in one direction, into the area of the flow-breaking edge.
  • the theoretical jet shape of the injection jets from the injection openings arranged on the second side intersects the valve disk of at least one open inlet valve, wherein preferably the theoretical jet shape the valve disk of the inlet valve from a valve opening between the 0.5 to 0.9 times, preferably between 0.6 to 0.8 times the maximum Ventilhubes cuts.
  • the theoretical jet shape preferably intersects the inlet valve in a region of the circumferential line of the valve disk that is one third to one sixth of the circumference.
  • the imaginary outer beam center lines of the fuel injection jets - viewed in a longitudinal section through the cylinder containing the injector axis - have a first beam angle between 30 ° and 50 °, preferably between 35 ° and 40 °, span, wherein preferably the outer imaginary beam center lines of the injection jets - viewed in a front view of the injector - span a second injection angle between about 40 ° and 70 °, preferably between 50 ° and 60 °.
  • the internal combustion engine is preferably charged by at least one exhaust gas turbocharger.
  • a significant reduction in fuel consumption can be achieved by storing a setpoint value for the recirculated exhaust gas quantity in a control device for the exhaust gas recirculation for each operating range, determining or calculating an actual value for the recirculated exhaust gas quantity and reducing the load from an operating range. in which internal and external exhaust gas recirculation is performed simultaneously, the internal exhaust gas recirculation is reduced or stopped until the actual value of the recirculated exhaust gas amount is less than or equal to the set value of the recirculated exhaust gas quantity at the corresponding operating point.
  • an internal and external exhaust gas recirculation can be performed simultaneously or only an external exhaust gas recirculation in the upper load range and / or Volliast Scheme. It is preferably provided that the internally and / or externally recirculated exhaust gas is cooled between the removal from the combustion chamber and the return into the combustion chamber.
  • the exhaust gas for the external exhaust gas recirculation downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger preferably downstream of an exhaust aftertreatment device taken from the exhaust line and upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger is fed to the inlet line.
  • the reduction of the internal EGR amounts is most easily done by retarding the intake timing and / or by advancing the exhaust timing.
  • the valve lift of at least one inlet and / or outlet valve in the valve overlap area is reduced in order to reduce the internal exhaust gas recirculation quantity.
  • An increase in the external or internal exhaust gas recirculation rate in the upper load range can be done by additionally throttling the intake air or the exhaust gas.
  • the control of the external exhaust gas recirculation rate can be done by a control valve and / or by throttling on the suction or exhaust side.
  • the regulation of the internal and external exhaust gas recirculation via a motor control unit such that the total exhaust gas recirculation rate in the internal combustion engine, which is composed of internal exhaust gas recirculation rate, empty suction of a filled with exhaust gas / air mixture volume and external exhaust gas recirculation rate, regardless of the transient operating state, the in the map stored setpoint values, or the exhaust gas recirculation amounts required to achieve the best consumption, or the best emission corresponds.
  • a particularly preferred embodiment of the invention can be provided that in at least one part load operating range, preferably after a negative load step and / or below a lower load limit for the implementation of external exhaust gas recirculation of the compressor and / or the intercooler is bypassed.
  • a first obturator can be arranged in the bypass line.
  • the bypass line upstream of the mouth of the exhaust gas recirculation line branches off from the inlet branch and re-opens into the inlet branch downstream of the compressor, preferably downstream of the charge air cooler, particularly preferably downstream of a second obturator arranged in a main flow path through the compressor.
  • the compressor can be used to purge the exhaust gas / air mixture from the charge air cooler.
  • the charge air flow can be controlled via switching devices in the region of the branch and / or the junction of the bypass line.
  • Theteurzusaugende after a negative load jump volume with air / exhaust gas mixture is thereby drastically reduced.
  • an air / exhaust gas mixture is thus available again for the next high-load phase.
  • a further improvement of the transient behavior can be carried out by flushing the main flow path of the inlet line through the compressor between the branch and the mouth of the bypass line of the compressor with fresh air during the bypassing of the compressor.
  • flushing the main flow path of the inlet line through the compressor between the branch and the mouth of the bypass line of the compressor with fresh air during the bypassing of the compressor.
  • a purge line branches off from the inlet branch and preferably opens downstream of the turbine in the exhaust line, wherein preferably in the purge line, a third obturator is arranged.
  • the internal combustion engine draws in fresh air via the bypass line of the compressor.
  • the intercooler and the pipes of the inlet pipe are purged during this time.
  • the air / exhaust gas mixture is fed to the internal combustion engine upstream of the catalyst fed to the exhaust line.
  • a further improvement in fuel consumption can be achieved if the masking is arranged in each case on the side of the outlet opening facing the inlet valve and shades the outlet valve plate of the outlet valve against the inlet valve.
  • the masking of the outlet opening is arranged on the side facing the inlet opening.
  • the mask encloses a wrap angle of about 120 ° to 180 ° about the center of the outlet opening.
  • the height of the mask should be about 1 mm to 4 mm. It is preferably provided that the distance of the masking from the valve disk edge is approximately 0.3 mm to 0.7 mm.
  • the masking is formed by a projection in the combustion chamber ceiling.
  • the masking is formed by a depression in the combustion chamber cover surface, the outlet opening being arranged in the depression.
  • the depression is arranged essentially concentrically with respect to the outlet opening and preferably runs out into the combustion chamber cover surface on the side opposite the masking.
  • the depth of the recess can be uniform.
  • the depression has a different depth relative to the surrounding combustion chamber cover surface, wherein preferably the depth is greatest in the region of the masking.
  • each outlet opening is surrounded by a masking in the region of the side facing the adjacent inlet valve.
  • the masking of the individual outlet valves is preferably the same design. But it is also a different design possible.
  • the two exhaust valves are preferably opened at the same time during the exhaust stroke.
  • the opening time of the exhaust valves can be adjusted synchronously via phasing.
  • the exhaust valves are also closed synchronously.
  • a significant improvement in fuel consumption at partial load is achieved when in the partial load range in the region of the top dead center of the charge exchange, preferably immediately after the top dead center of the charge exchange, exhaust gas sucked back through at least one outlet in the combustion chamber and at the same time or directly through at least one inlet air or charge in the combustion chamber is introduced, wherein a rectified Tumbleströmung is initiated by the sucked back exhaust gas and the air or charge in the combustion chamber.
  • the closing time of the exhaust valve and the opening time of the intake valve, in the partial load range is retarded. It is preferably provided that in the full load range for speeds below the maximum speed, preferably below half the maximum speed, the closing time of the exhaust valve is retarded and / or the opening timing of the intake valve is advanced.
  • the invention achieves the following advantageous effects: 1) Additional increase of the charge movement in the partial load range in order to further increase the residual gas acceptance of the combustion. Actuators for switching off parts of the inlet channel are not required to achieve increased charge movement.
  • a raw channel is produced by casting technology, the channel contour in at least a first wall area geometric features of a filling channel and in at least one second wall area geometric features of a tumbleendden inlet channel, and that in at least one material-removing processing step optionally a filling channel or a tumble-generating inlet channel is formed from the raw channel.
  • the second wall area is machined to remove material for forming a filling channel.
  • the first wall region is processed in a material-removing manner.
  • the first wall region is formed by the cylinder head plane closest to the bottom region of the raw channel.
  • the second wall region is formed by the ceiling region of the raw channel located furthest away from the cylinder head plane and / or by the side walls of the raw channel.
  • FIG. 1 shows a cylinder head of an internal combustion engine according to the invention in a cross section through a cylinder.
  • FIG. 2 shows a cylinder with schematically indicated injection jets
  • FIG. 3 shows the injection jets from the direction III-III in FIG. 2;
  • Fig. 4 is an end view of the injection jets
  • FIG. 4a shows an end view of an injector with five injection openings
  • Fig. 5 is a side view of an injector and the injection jets
  • FIG. 6 shows an inlet channel of the internal combustion engine according to the invention in a section
  • FIG. 8 shows a cylinder of the internal combustion engine according to the invention during a first injection
  • FIG. 10 shows the arrangement of the gas exchange channels and the injection device in a longitudinal section.
  • FIG. 11 shows the arrangement of the gas exchange channels and the injection device in a plan view
  • FIG. 16 shows the internal combustion engine according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 17 shows the internal combustion engine according to the invention in a second embodiment variant
  • FIG. 19 shows the internal combustion engine according to the invention in a fourth embodiment variant
  • FIG. 20 shows the internal combustion engine according to the invention in a fifth embodiment variant
  • FIG. 21 is a load-speed diagram
  • FIG. 22 shows a control strategy for the exhaust gas recirculation according to the method according to the invention
  • FIG. 23 is a valve diagram of a cylinder head of the internal combustion engine according to the invention.
  • FIG. 24 shows a cylinder head in a section according to the line XXIV-XXIV in FIG. 23 with the intake and exhaust valves open in a first embodiment according to the invention
  • FIG. 25 shows a cylinder head analogous to FIG. 24 in a second embodiment according to the invention
  • FIG. 26 shows a cylinder head in a third variant according to the invention.
  • FIG. 27 shows the cylinder head in a section according to the line XXVII-XXVII in FIG. 23;
  • FIG. 27 shows the cylinder head in a section according to the line XXVII-XXVII in FIG. 23;
  • FIG. 28 is a part-load valve lift crank angle diagram
  • FIG. 29 is a full-load valve lift crank diagram
  • FIG. 30 shows the flows in the area of top dead center of the charge cycle at full load
  • FIG. 31 shows a cylinder head according to the invention with a raw channel in a longitudinal section
  • FIG. 32 shows a cylinder head with a tumble-generating inlet channel
  • FIG 33 shows a cylinder head with an inlet channel designed as a filling channel.
  • Intake channels 2 and outlet channels 3 are arranged in the cylinder head 1 of the internal combustion engine.
  • the inlet channels 2 open via two inlet valves 4 into the combustion chamber 5, which is formed by a cylinder 6, a reciprocating piston 7 and a roof-shaped combustion chamber cover surface 8 formed by the cylinder head 1.
  • an ignition 9 approximately centrally, and an injection device 10 arranged laterally.
  • the longitudinal axis 10a of the injection device 10 encloses an angle ⁇ between 20 ° and 35 ° with the cylinder head density plane 1a.
  • the injection device 10 has at its Injektorstirnseite 11 at least five injection openings 12 which are sized and / or arranged such that an area ratio of the total area of all injection openings of at least 65% and / or a mass fraction of at least 65% of the injected fuel on the piston 7 facing first side 13 of a reference plane 30 is assigned by the Intelstrahlstoffachse 31.
  • the reference plane 30 is normal to a plane defined by the Intelstrahlstoffachse 31 and the longitudinal axis 10a of the injector 10 level 32.
  • the dissolution of the individual injection jets 15 is such that a contiguous fuel cloud 16 without visible separation into individual jets from a distance a of about 10 mm 20 mm - seen from the beam root 17 - is formed.
  • the distribution of the fuel density in the jet cloud 16 substantially corresponds to the geometric arrangement of the injection openings 12 of the injection device 10.
  • the injection openings 12 are preferably arranged asymmetrically with respect to the reference plane.
  • FIG. 4 a shows an injector end 11 of an injector with five injection openings 12, three injection openings being arranged on the first side 13 and two injection openings 12 being arranged on the second side 14 of the reference plane 30.
  • the injection jets 15a through the injection openings 12 on the first side 13 may be bundled.
  • the imaginary beam center lines 15b 1 of the injection jets 15b which are injected into the combustion chamber 5 through the second side 14 of the reference plane 30 facing away from the piston 7, cut the generatrix 6a of the cylinder 6 into a range of approximately 30% to 45% of the stroke length L of the piston 7, measured from top dead center of the piston 7.
  • the projection range of the upper fuel jets 15 on the cylinder jacket 6 ' is designated by reference numeral 18.
  • the imaginary beam center lines 15a 1 of the lower injection jets 15a which flow through injection openings 12 arranged on the first side 13 of the reference plane 30 facing the piston 7, intersect a normal plane 19 assumed at half the stroke of the piston 7 on the cylinder axis 6a in an inlet side Range 20, which corresponds to about 30% to 50% of the cylinder diameter D.
  • the theoretical jet shape of the upper injection jets 15a sweeps each sectors of the valve head 4a of the intake valves 4 in the order of one third and one sixth of the circumference, but only at valve strokes greater than 0.6 to 0.8 times the maximum valve lift, from the closed valve measured starting.
  • the inlet channels 2 have a fixed geometry, which is designed so that a high level of charge movement in the combustion chamber 5 is made possible.
  • the tumble number is between 1.2 and 2, more preferably 1.4 to 1.9.
  • a tumble characteristic ⁇ FK is calculated from ⁇ mol from the flow field w LDA , which is measured, for example, by a differential measurement method by means of laser Doppler anemometry.
  • an average axial flow velocity w is calculated from the flow field w WA , ie the measured axial velocities in the direction of the cylinder axis 6 a.
  • the reduced, quasi-rotating flow field W 1 follows, assuming a tumble axis 111 which intersects the cylinder axis 6a and is perpendicular to the cylinder axis 6a of the cylinder 6. It thus applies:
  • T 1 is the distance of the measurement point i from the tumble axis 111.
  • the tumble characteristic can be calculated as follows:
  • Tumble - characteristic - ⁇ , (4) ⁇ mol
  • ⁇ mol is the engine angular velocity of the internal combustion engine.
  • the tumble number can be calculated by integration over the crank angle a, the tumble characteristics being weighted with the piston speed c:
  • FIG. 13 shows a typical measuring result of the measuring method, indicated in a cross section through the cylinder 6. It shows a flow structure generated by inlet channels 2 in a cylinder 6 as normalized flow fields.
  • the intake valves 4 are shown in their position relative to the cylinder 6.
  • the engine longitudinal axis 114 ' is located.
  • the tumble axis 111 ' is indicated as a vector arrow with an indicated direction of rotation.
  • the measuring points i are arranged in a hexagonal lattice, so that the surface elements f f are all the same.
  • the direction and magnitude of the angular velocities ⁇ t in each surface element f t . is indicated by the slope and density of the hatching.
  • Both inlet channels 2 are formed tumbleweld and have such a channel design that the angle ⁇ of the main flow directions 40 of the flowing through the inlet valves 4 into the combustion chamber 5 partial flows E for defined by the cylinder axes 6a longitudinal plane 6b determined by the shape of the inlet channels 2.
  • the axis 2 'of each inlet channel 2 includes, at least just in front of the inlet valve 4, an acute angle p with the axis 4b of the inlet valve 4.
  • the angles p and v are preferably greater than 10 °.
  • the inlet channels can thus be essentially mirrored (equal).
  • the tumble motion T flows on the side opposite the inlet valves 4 side within a cylinder segment of the combustion chamber cover surface 8 in the direction of the piston 7.
  • the cylinder segment extends over an angle ⁇ ⁇ 180 °, which is preferably between 60 ° and 120 ° (Fig. 13).
  • a further increase in the charge movement can be achieved by a conical design of the inlet channel 2, as shown in Figures 6 and 7.
  • the inlet channel 2 is formed between a first cross-section 21 in the region of the inlet channel flange and a second cross-section in the region of a tear-off edge 23 with a tapering cross-sectional area A.
  • the cross-sectional area A is plotted along the inlet channel axis x in FIG.
  • the flow cross-section A is only between 65% and 90% of the cross-sectional area A in the region of the inlet flange surface 21.
  • the region 22 results from the intersection of a cutting plane formed normally on the channel centerline at the location of the tear-off edge 23 with the channel centerline. Up to the area 22, the inlet channel 2 is thus narrowed like a nozzle.
  • the flow separation edge 23 is formed by an intersection of the substantially continuously extending inlet part 2 a of the inlet channel 2 with a conical wall section 2 b expanding in the flow direction in the region of the valve seat ring 24.
  • the conical wall region 2b is formed by a conical or stepped conical control cutter 25.
  • the control cutter 25 can have a cylindrical and conical region. It may also have a rounded skirt area which merges into the conical area. It is also possible that the inspection cutter 25 - viewed in profile - has an area with a small radius, which merges into an area with a larger radius. The area with the larger radius thus forms a cone with curved lateral surfaces.
  • the spanned by the outermost beam center lines 15 'first beam angle ß is - viewed in a front view according to the arrow III in Fig. 2 - approximately between 50 ° to 60 °.
  • the second beam angle ⁇ defined by the center lines 15a 'and 15b' of the outermost upper and lower injection jets 15a, 15b is approximately 30 ° to 40 °.
  • the injector 10 prevents individual fuel jets 15 impinge directly on the cylinder 6 and dilute the lubricating oil. Furthermore, an excessive loading of the surface of the piston 7 is prevented, which would lead to the formation of smoke. Due to the special combination of charge movement, injector geometry and optimization of control parameters, such as injection pressure and time of injection, the oil dilution can be reduced to the level of intake manifold-injecting internal combustion engines.
  • a suitable piston 7 has, for example, a teardrop-shaped piston recess, as described for example in EP 1 362 996 A1, which is incorporated by reference into the application.
  • Figures 8 and 9 show the two-time injection.
  • Fig. 8 shows a first injection during an intake stroke
  • Fig. 9 shows a second injection during the compression stroke 20 ° to 70 ° before the top dead center of the ignition.
  • inlet valve 4 and fuel jet 15 By partially wetting the inlet valve disk during an injection, an interaction of inlet valve 4 and fuel jet 15 can be achieved, as indicated in FIGS. 12 and 13.
  • the theoretical jet shape of the injection jets 15 of the second side 14 intersect the valve disk 4 a of at least one open inlet valve 4 from a valve opening between 0.5 to 0.9 times, preferably between 0.6 and 0.8 times the maximum Ventilhubes in a region 43 of the circumferential line of the valve disk 4a, which is one-third to one-sixth of the circumference.
  • the high charge movement allows operation at high partial load with high internal or external exhaust gas recirculation. This reduces the specific fuel consumption. Again, no additional measure such as variable charge movement is necessary. Exhaust masking allows even a variable charge motion to be integrated without additional components.
  • the internal combustion engine 101 has an intake line 102, an exhaust line 103 and an exhaust gas turbocharger 104 with a turbine 105 in the exhaust line 103 and a compressor 106 in the intake line 102.
  • an external exhaust gas recirculation system 107 is provided with an exhaust gas recirculation line 108 between the exhaust line 103 and the intake line 102, which branches off from the exhaust line 103 upstream of the turbine 105 and downstream of an exhaust aftertreatment device 109 and upstream of the exhaust line 103 Turbine 106 opens into the intake manifold 102.
  • an exhaust gas cooler 110 and an exhaust gas recirculation valve 111 is arranged in the exhaust gas recirculation tion 108.
  • the exhaust gas recirculation line 108 enters the intake line 102 downstream of an air filter 112.
  • an intercooler 113 and a throttle 114 is provided in the intake line 102.
  • the internal combustion engine 101 further includes an internal exhaust system, not further shown, which may be formed by a variable valve actuation device.
  • the variable valve actuation device can, for example, have phase shifters arranged on the intake and / or exhaust camshaft which adjust the timing of the intake and exhaust valves.
  • a change in the valve lift profile for example, by a multi-stage, continuous, electro-mechanical or electrohydraulic valve lift can be done.
  • the load L ' is plotted against the rotational speed n.
  • A internal exhaust gas recirculation is carried out.
  • both internal and external exhaust gas recirculation is carried out in order to allow high exhaust gas recirculation quantities.
  • the reference character C denotes a full load range with external exhaust gas recirculation.
  • external exhaust gas recirculation can also be carried out in the upper load range B and C.
  • the exhaust gas is removed after the turbine 105 and after an exhaust gas aftertreatment device 109 formed, for example, by a catalytic converter or a particle filter, cooled and fed to the inlet line 102 before the compressor 106. Due to the external exhaust gas recirculation, the exhaust gas recirculation quantity can be increased by up to 15% in addition to the internal exhaust gas recirculation rate.
  • the mixture of exhaust gas and fresh air is additionally guided via the intercooler 113.
  • the transient behavior of the internal combustion engine 101 is very poor, in particular with a rapid lowering of the load L to almost zero load.
  • the internal combustion engine 101 tolerates only a small amount of recirculated exhaust gas at low loads L, but due to the large volume filled with air / exhaust gas mixture in the intake line 102 is still supplied with a relatively large amount of exhaust gas for a few work cycles.
  • a control strategy for internal combustion engines 101 with turbocharger 104 is shown for example in FIG. 22, where load L 1 , setpoint for external exhaust gas feedback AGR ext , s, the actual value for external exhaust gas recirculation amount AGR ext , i and the internal exhaust gas recirculation amount AGR int are plotted against the time t.
  • the external exhaust gas recirculation rate AGR ext is compensated for by adjusting the control times in the direction of lower internal exhaust gas recirculation rate AGR int . This can be done, for example, for a few cycles of large valve overlap on small valve overlap.
  • internal exhaust gas recirculation is again carried out.
  • the regulation of the internal and external exhaust gas recirculation via a not further shown engine control unit such that the total exhaust gas recirculation rate in the internal combustion engine 101, which is composed of internal exhaust gas recirculation rate, empty suction filled with exhaust gas / air mixture volume and external exhaust gas recirculation rate, regardless of the operating state corresponds to a value stored in a map or calculated by a model, or corresponds to the exhaust gas recirculation quantities corresponding to the best consumption or the best emissions.
  • the engine control unit stores the optimum exhaust gas recirculation rates for each operating point. With suitable sensors, the exhaust gas recirculation quantity is constantly monitored. In the case of a sudden negative load step, the actual value of the external recirculated exhaust gas quantity AGR ext , i is too large. In order to compensate for this excess in the dynamic case, the internal exhaust gas amount AGR int is reduced until the actual value of the external exhaust gas quantity AGR ext , i corresponds to the setpoint AGR ex t, s, as shown in FIG.
  • the compensation of the filling and emptying behavior of the intercooler and the pipes of the intake manifold 102 by adjusting the timing to lower internal exhaust gas recirculation rate can be achieved by the following measures:
  • the compensation of the filling and emptying behavior can be achieved by such changes of the valve lift profile that smaller internal exhaust gas recirculation rates occur. This can be done by:
  • An increase in the external or internal exhaust gas recirculation rate can be achieved by additionally throttling the intake air or the exhaust gas through throttle elements 114, 115.
  • the control of the external exhaust gas recirculation rate is performed by the exhaust gas recirculation valve 111 and / or by throttling on the suction or exhaust side.
  • bypass line 116 for the compressor 106, as shown in FIG. 17.
  • the bypass line 116 is opened via a first shut-off device 117.
  • a second shut-off device 118 may be arranged in the inlet line 102 downstream of the charge air cooler 113.
  • the shut-off devices 117, 118 may be pressure or vacuum controlled or electrically operated.
  • FIG. 1 Another possibility for improving the transient behavior (in particular with positive load changes from low load) is shown in FIG.
  • a purge line 119 is provided between inlet branch 102 and exhaust line 103, which downstream of the charge air cooler 113 and upstream of the obturator 118 branches off from the intake manifold 102 and downstream of the turbine 105 and upstream of the exhaust aftertreatment device 109 into the exhaust line 103 ⁇ opens.
  • a further obturator 120 is provided in the purge line 119.
  • the engine 101 draws fresh air via the bypass line 116 of the compressor 106.
  • the charge air cooler 113 and the main flow path 102a are purged during this time.
  • the air / exhaust gas mixture is guided past the internal combustion engine 101 in front of the exhaust gas aftertreatment device 109.
  • FIGS. 19 and 20 show embodiments, in particular for diesel internal combustion engines, in which only the intercooler 113 with the bypass line 116 is bypassed.
  • Denoted by reference numerals 116a and 116b are switching members at the branch and the mouth of the bypass line 116, which divide the charge air flow accordingly.
  • the compressor 106 supports the flushing of the exhaust gas / air mixture from the intercooler 113th
  • a high-pressure exhaust gas recirculation system 107a is provided with a high-pressure exhaust gas recirculation line 108a and an exhaust gas recirculation valve lil to return exhaust gas from the exhaust header 103a directly to the inlet header 102b during warm-up for a short time.
  • FIG. 23 shows a cylinder head 201 in a view on the combustion chamber side of the cylinder head bottom 202 of a cylinder 203.
  • two inlet openings 204, 205 and two outlet openings 206, 207 open into the combustion chamber 210.
  • the combustion chamber is connected to inlet channels 204b, 205b and via the outlet openings 206, 207 to outlet channels 206b, 207b.
  • the inlet openings 204, 205 and the outlet openings 206, 207 are respectively controlled by an inlet valve 204a, 205a and outlet valve 206a, 207a.
  • the combustion chamber 210 is bounded by the roof-shaped combustion chamber cover surface 211 and the piston 212, as well as the cylinder 203.
  • At partial load operation of the internal combustion engine can be carried out to improve the consumption of an internal exhaust gas recirculation.
  • This internal exhaust gas recirculation is realized by exhaust gas from the outlet channels 206b, 207b is sucked back into the combustion chamber 210 subsequent to the exhaust stroke in the region of top dead center OTW of the charge cycle.
  • a high tumble flow in the combustion chamber 210 is desirable.
  • This tumble flow S A is replaced by the same closing timings of the two exhaust valves 206a, 207a zieit.
  • a substantial increase in the tumble flow can be achieved by a mask 208 around the two outlet openings 206, 207, on the side facing the inlet openings 204, 205.
  • the masks 208 each have a wrapping angle ⁇ of about 120 ° to 180 ° about the center 206 ', 207' of the respective outlet opening 206, 207.
  • the height of the mask 208 is about 1 mm to 4 mm - measured to half the height h of the valve plate edge 206b.
  • the distance a between the mask 208 and the valve disc rim 206b is about 0.3 mm to 0.7 mm.
  • the masking 208 may be formed by a projection V (FIG. 24) or a recess T of the combustion chamber cover surface 211 (FIGS. 25, 26).
  • the depression T is in each case formed concentrically with the inlet opening 204, 205.
  • FIG. 25 shows a depression T with a constant depth HM
  • FIG. 26 a depression T, which runs out from the masking 208 into the combustion chamber cover surface 211 and whose deepest point in the region of the mask 208 'is pronounced.
  • FIG. 28 shows a valve lift H-crank angle KW diagram, wherein the valve lift curve of the intake valves 204a, 205a is designated by E.
  • A denotes the valve lift curves of the exhaust valves 206, 207.
  • a tumble E A is produced by the backflowing exhaust gases, which are in the same direction as the later following inlet tumble (at the same control time of the outlet valves 206, 207) symmetrically designed inlet channels 204b, 205b) rotates.
  • the closing times A s of the two exhaust valves 206, 207 and the opening times Eö are postponed so late in the partial load range that is sucked through the outlet openings 206a, 207a first.
  • the gas inflow phases obtained from the control times which are advantageous for charge dilution and de-throttling are consistently used to increase the charge movement, in particular also the fresh charge upstream of the exhaust gas from the outlet duct 206b, 207b.
  • the charge cycle is also favorably influenced even at full load, especially for suction and supercharged engines with adjustable exhaust and / or intake camshafts.
  • adjustable large valve overlaps as far as possible rinsing of the combustion chamber 210 is achieved by residual gas.
  • the amount of air required for rinsing should not be too great in order to avoid an excessive oxygen supply or cooling of the exhaust gas in the turbo engine.
  • conventional internal combustion engines due to the typical design of the combustion chamber 210 when flushing to a relatively large short circuit content of purge air or, in engines with intake manifold injection, to mixture which passes directly into the Auslass Consumer, without affecting the purge quality.
  • the targeted masking 208 of the exhaust valves 206a, 207a reduces the short-circuiting ratio in purging, and the scavenging efficiency is improved, see FIGS. 29 and 30.
  • the design of the masking 208 can take place with an unchanged arrangement of the valves by application to an existing combustion chamber contour (FIG. 24) or by resetting the outlet valves 206a, 207a and a fluid-free release of the valve disk on its side facing away from the inlet valves 204a, 205a by means of locally modified combustion chamber contour (FIG. FIG. 25), as well as, for example, by pivoting a changed arrangement of the outlet valves 206a, 207a, whereby a corresponding residue is achieved on the side facing the inlet valves (FIG. 26).
  • a cylinder head 301 has at least one inlet channel 302, which opens into a combustion chamber roof 304 via an inlet opening 303.
  • a raw channel 305 is minimally cast with the cylinder head 301 with a minimum cross section.
  • the second wall portion B 'formed by the ceiling portion 305b remote from the cylinder head sealing plane 306 and the side walls of the raw passage 305 is designed to meet the requirements of a high tumble channel 308.
  • the first wall portion A 'or the second wall portion B' of the Rohkanals 305 for example by CNC machining, removed, according to the dashed, or 32 shows the form of a tumble-generating inlet channel 308 obtained after material removal of the first wall region 305a.
  • FIG. 33 shows a cylinder head 301 with a filling channel 307 whose contour is formed by material-removing machining of the second wall region B 'of the raw channel 305 was obtained.
  • Reference numerals 308b and 307b denote control section for a tumble-generating channel 308 and a filling channel 307, respectively.

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Abstract

The invention relates to an internal combustion engine, especially a charged internal combustion engine, comprising at least one cylinder (6) with a reciprocating piston (7) and at least two intake valves (4) per cylinder (6) as well as a roof-shaped combustion chamber cover area (8) in the cylinder head (1). The intake ducts (2) extending to the intake valves (4) generate a tumble flow (T) in the combustion chamber (5), the main directions of flow (40) of the partial flows (E) that are sucked into the combustion chamber (5) via the intake valves (4) respectively enclosing an acute angle (φ) together with a longitudinal plane (6b) determined by the cylinder axes (6a) of a cylinder bank. The inventive internal combustion engine further comprises at least one discharge duct (3) per cylinder (1). In order to reduce fuel consumption, the tumble rate ranges between 1.2 and 2, preferably between 1.4 and 1.9.

Description

BrennkraftmaschineInternal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Zylinder mit einem hin- und hergehenden Kolben und zumindest zwei Einlassventilen je Zylinder und einer dachförmigen Brennraumdeckfläche im Zylinderkopf, wobei die zu den Einlassventilen führenden Einlasskanäle eine Tumbleströmung im Brennraum erzeugen, wobei die Hauptströmungsrichtungen der über die Einlassventile in den Brennraum eingesaugten Teilströme mit einer durch die Zylinderachsen einer Zylinderreihe bestimmten Längsebene je einen spitzen Winkel einschließen, sowie mit zumindest einem Auslasskanal je Zylinder. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader, einem Einlass- und einem Abgasstrang, einem internen Abgasrückführsystem und einem externen Abgasrückführsystem mit zumindest einer Abgasrückführleitung, wobei in zumindest einem niedrigen und/oder mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine eine interne Abgasrückführung und in zumindest einem Lastbereich gleichzeitig eine interne und externe Abgasrückführung durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit zumindest einem Einlassventil und zumindest einem Auslassventil pro Zylinder, wobei zumindest eine Auslassöffnungen zumindest teilweise von einer Maskierung umgeben ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes mit mindestens einem über eine Einlassöffnung in ein Brennraumdach mündenden Einlasskanal, welcher zumindest teilweise gusstechnisch hergestellt wird. Weiters betrifft die Erfindung einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem zumindest teilweise gusstechnisch hergestellten, über eine Einlassöffnung in ein Brennraumdach mündenden Einlasskanal.The invention relates to an internal combustion engine, in particular a supercharged internal combustion engine, having at least one cylinder with a reciprocating piston and at least two inlet valves per cylinder and a roof-shaped combustion chamber top surface in the cylinder head, the inlet ducts leading to the inlet valves generating a tumble flow in the combustion chamber, the main flow directions the sub-streams sucked into the combustion chamber via the inlet valves each include an acute angle with a longitudinal plane determined by the cylinder axes of a row of cylinders, and at least one outlet channel per cylinder. Furthermore, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, an intake and an exhaust line, an internal exhaust gas recirculation system and an external exhaust gas recirculation system with at least one exhaust gas recirculation line, wherein in at least one low and / or medium load range of the internal combustion engine, an internal exhaust gas recirculation and in at least a load range at the same time an internal and external exhaust gas recirculation is performed. The invention also relates to an internal combustion engine having a cylinder head with at least one inlet valve and at least one outlet valve per cylinder, wherein at least one outlet opening is at least partially surrounded by a masking. Furthermore, the invention relates to a method for producing a cylinder head with at least one inlet channel opening into a combustion chamber roof via an inlet opening, which is produced at least partially by casting technology. Furthermore, the invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with at least one at least partially cast technology produced via an inlet opening into a combustion chamber roof opening inlet channel.
Aus der EP 0 444 018 Al ist eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlasskanälen je Motorzylinder und dachförmigen Begrenzungsflächen bekannt, wobei die Hauptströmungsrichtungen der über die Einlasskanäle in den Brennraum angesaugten Teilströme mit der Längsmotorebene einen spitzen Winkel einschließen. Der Winkel eines Teilstromes eines Einlasskanals ist um 10° bis 40° größer als der Winkel eines Teilstromes des anderen Einlasskanals. Beide Einlasskanäle sind dabei auf gutes Luftdurchsatzverhalten ausgelegt. Die unterschiedliche Kanalgestaltung bewirkt eine Kombination aus Tumble- und Drallbewegung im Brennraum, wodurch gute Drallzahlen bei hohen Durchsätzen erreicht werden. Aus der 3P 2003-206827 A ist eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen, einer mittigen Zündkerze, sowie einer seitlich angeordneten Einspritzeinrichtung bekannt. Die Einspritzeinrichtung weist sieben Einspritzöffnungen an der Injektorstirnseite auf. Der Einspritzstrahl der geneigt bezüglich der Zylinderachse angeordneten Einspritzeinrichtung ist - im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens - in eine Kolbenmulde des Kolbens gerichtet. Der zerstäubte Kraftstoff wird durch die Wandoberfläche der Kolbenmulde um die Zündkerze geleitet, wobei eine Ladungsschichtung entsteht. Die sieben Einspritzöffnungen sind elliptisch an der Injektorstirnseite angeordnet. Die Kraftstoffwolke schließt in einer Seitenansicht auf die Einspritzeinrichtung einen Winkel zwischen 25° und 35° und in einen Grundriss ein Winkel zwischen 35° und 45° ein. Dadurch kann bei kleinen Kraftstoffmengen Zündstabilität und eine gute Verbrennung bis zu hohen Lasten realisiert werden und im Hochgeschwindigkeits- und Hochlastbereich eine Rauchzunahme vermieden werden.EP 0 444 018 A1 discloses an internal combustion engine having at least two inlet ducts per engine cylinder and roof-shaped boundary surfaces, wherein the main flow directions of the partial flows sucked into the combustion chamber via the inlet ducts form an acute angle with the longitudinal engine plane. The angle of a partial flow of an inlet channel is greater by 10 ° to 40 ° than the angle of a partial flow of the other inlet channel. Both inlet channels are designed for good air flow performance. The different channel design causes a combination of tumbling and swirling motion in the combustion chamber, whereby good swirl numbers are achieved at high throughputs. From the 3P 2003-206827 A an internal combustion engine with two intake valves and two exhaust valves, a central spark plug, and a laterally arranged injection device is known. The injector has seven injection ports on the Injektorstirnseite. The injection of the inclined with respect to the cylinder axis arranged injection device is - in the region of the top dead center of the piston - directed into a piston recess of the piston. The atomized fuel is passed through the wall surface of the piston bowl around the spark plug, forming a charge stratification. The seven injection openings are arranged elliptically on the Injektorstirnseite. The fuel cloud includes an angle between 25 ° and 35 ° in a side view of the injector and an angle between 35 ° and 45 ° in a floor plan. As a result, ignition stability and good combustion up to high loads can be achieved with small quantities of fuel and smoke can be avoided in the high-speed and high-load range.
Derzeitige aufgeladene Brennkraftmaschinen weisen relativ hohe Verbrauche im Volilastbereich auf. Grund ist ein relativ niedriges Verdichtungsverhältnis (Klopfen), sowie ein hoher Anfettungsbedarf im Bereich der Volllast zur Absenkung der Abgastemperaturen vor der Turbine auf ein technisch mögliches Maß.Current turbocharged internal combustion engines have relatively high Volilast range consumptions. Reason is a relatively low compression ratio (knocking), as well as a high Anfettungsbedarf in the range of full load to lower the exhaust gas temperatures upstream of the turbine to a technically feasible level.
Seit der Einführung der Direkteinspritzung tritt das Problem der Ölverdünnung verstärkt auf. Der eingespritzte Kraftstoff benetzt die Zylinderwand und gelangt in die Ölwanne.Since the introduction of direct injection, the problem of oil dilution has increased. The injected fuel wets the cylinder wall and gets into the oil sump.
Ein weiteres Problem bei Turbomotoren ist das Anspringverhalten des Katalysators infolge der thermischen Masse der Turbine.Another problem with turbo engines is the light-off behavior of the catalyst due to the thermal mass of the turbine.
Aus der US 2003/0196646 Al ist eine Brennkraftmaschine mit mehreren Ein- und Auslassventilen pro Zylinder bekannt, welche ein externes und ein internes Abgasrückführsystem aufweist. Die Abgasrückführleitung des externen Abgas- rückführsystem zweigt stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers vom Abgasstrang ab und mündest stromabwärts des Verdichters des Abgasturboladers in den Einlassstrang ein. Abhängig vom Lastbereich wird interne und/externe Abgasrückführung durchgeführt, wobei interne Abgasrückführung im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine möglich ist. Aufgrund der vorgesehenen Hochdruckabgasrückführung ist nur im niederen und mittleren Betriebsbereich der Brennkraftmaschine eine externe Abgasrückführung möglich. Auch die JP 2001-214812 A offenbart eine Brennkraftmaschine, bei der im unteren und mittleren Lastbereich externe Abgasrückführung und im oberen Lastbereich interne Abgasrückführung durchgeführt wird. Bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen entsteht bei guter Abstimmung bei einer Brennkraftmaschine mit Turboaufladung ein positives Druckgefälle. Das heißt, dass der Ansaugdruck im Saugrohr höher ist als der Abgasgegendruck vor der Turbine. Dadurch ist bei Volllast aber keine externe Abgasrückführung im Hochdruckteil möglich.From US 2003/0196646 Al an internal combustion engine with a plurality of intake and exhaust valves per cylinder is known, which has an external and an internal exhaust gas recirculation system. The exhaust gas recirculation line of the external exhaust gas recirculation system branches off the exhaust gas line upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger and enters the inlet line downstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger. Depending on the load range, internal and / or external exhaust gas recirculation is carried out, internal exhaust gas recirculation being possible over the entire operating range of the internal combustion engine. Due to the intended high-pressure exhaust gas recirculation external exhaust gas recirculation is possible only in the low and medium operating range of the internal combustion engine. Also, JP 2001-214812 A discloses an internal combustion engine in which external exhaust gas recirculation is performed in the lower and middle load range and internal exhaust gas recirculation in the upper load range. At low to medium speeds results in good tuning in an internal combustion engine with turbocharging a positive pressure gradient. This means that the intake pressure in the intake manifold is higher than the exhaust back pressure upstream of the turbine. Thus, at full load but no external exhaust gas recirculation in the high pressure part is possible.
Eine extern gekühlte Abgasrückführung wäre aber bei hohen Lasten, insbesondere bei Volllast wünschenswert, da eine Verbesserung des Klopfverhaltens durch Inertgas zu früherer Verbrennungslage führen würde. Dadurch ließe sich der An- fettungsbedarf und somit der Kraftstoffverbrauch vermindern.An externally cooled exhaust gas recirculation would be desirable at high loads, especially at full load, since an improvement of the knocking behavior by inert gas would lead to earlier combustion position. This would reduce the oiling requirement and thus the fuel consumption.
Um an der Volllast externe Abgasrückführung durchzuführen, ist ein Niederdruck- Abgasrückführsystem nötig. Dabei wird das Abgas nach der Turbine entnommen, gekühlt und vor dem Verdichter zugeführt. Das Gemisch aus Abgas und Frischluft kann zusätzlich über den Ladeluftkühler gekühlt werden. Eine Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck-Abgasrückführsystem und Kühlung des rückgeführten Abgases ist beispielsweise aus der EP 0 596 855 Al bekannt.In order to carry out external exhaust gas recirculation at full load, a low-pressure exhaust gas recirculation system is necessary. The exhaust gas is removed after the turbine, cooled and fed before the compressor. The mixture of exhaust gas and fresh air can also be cooled via the intercooler. An internal combustion engine with a low-pressure exhaust gas recirculation system and cooling of the recirculated exhaust gas is known, for example, from EP 0 596 855 A1.
Insbesondere bei Niederdruck-Abgasrückführsystemen ist es aber von Nachteil, dass ein relativ großes Volumen mit Luft/Abgas-Gemisch gefüllt ist. Dies beein- flusst das Transientverhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei schnellem Absenken der Last, beispielsweise auf fast Nulllast, sehr nachteilig. Die Brennkraftmaschine toleriert bei kleinen Lasten nur eine geringe Abgasrückführ- menge, bekommt aber aufgrund des großen mit Luft/Abgas-Gemisch gefüllten Volumens noch über einige Verbrennungszyklen hinweg zuviel Abgas zugeführt.However, especially in low-pressure exhaust gas recirculation systems, it is disadvantageous that a relatively large volume is filled with air / exhaust gas mixture. This adversely affects the transient behavior of the internal combustion engine, in particular in the event of a rapid lowering of the load, for example to almost zero load. The internal combustion engine tolerates only a small amount of exhaust gas recirculation at low loads, but due to the large volume filled with air / exhaust gas mixture, it still receives too much exhaust gas over a number of combustion cycles.
Eine effiziente ottomotorische Verbrennung zeichnet sich im Teillastgebiet durch hohe Stabilität bei möglichst hohen Abgasrückführraten, sowie bei Volllast durch kompakte Brenndauer und umsetzungsoptimale Verbrennungsschwerpunkte, insbesondere bei Aufladebetrieb und niedrigen Drehzahlen aus.Efficient Otto engine combustion is characterized in the partial load range by high stability at the highest possible exhaust gas recirculation rates, as well as at full load by compact combustion time and optimal combustion focal points, especially during charging and low speeds.
Der Stand der Technik bedient diese Forderungen im Wesentlichen durch die zweckmäßige Gestaltung der mitunter schaltbaren Ansaugkanäle zur Erzielung einer hohen Ladungsbewegung, wodurch in Verbindung mit geeigneten Ventilsteuerzeiten bei Teillast ein hohes Maß an Ladungsverdünnung mit Abgas, sowie bei Volllast eine gute Restgasausspülung und hohe Ladungsturbulenz erzielt wird.The prior art satisfies these requirements essentially by the appropriate design of the sometimes switchable intake ducts to achieve a high charge movement, which in conjunction with suitable valve timing at part load a high degree of charge dilution with exhaust gas, and at full load good residual gas purging and high charge turbulence is achieved ,
Eine ebenso wirkungsvolle wie baulich einfache Methode für niedrigen Teillastverbrauch stellt das aus der AT 3.134 Ul und der AT 4.786 Ul bekannte Spätstellen sowohl der Einlass- als auch der Auslassnockenwelle dar: hier strömt das ladungsverdünnende Restgas beim Abwärtshub des Kolbens bis zum Schließen des Auslassventils vom Auspuff zurück in den Zylinder. Durch ein Rückströmen der Zylinderladung in den Einlasstrakt bis zum Schließen des Einlassventils wird beim Verdichtungshub eine weitere Entdrosselung des Motors bewirkt. Die maximal zuträglichen Restgasmengen werden durch die Intensität der Ladungsbewegung limitiert und durch das Maß des Spätstellens von zumindest der Auslassnockenwelle eingestellt.An effective and structurally simple method for low partial load consumption is the late positions of both the intake and exhaust camshafts known from the AT 3.134 Ul and the AT 4.786 U1: here, the charge-diluting residual gas flows from the exhaust during the downstroke of the piston until the exhaust valve closes back to the cylinder. By flowing back the cylinder charge into the intake tract until the inlet valve closes causes a further de-throttling of the engine during the compression stroke. The maximum beneficial residual gas quantities are limited by the intensity of the charge movement and adjusted by the amount of late setting of at least the exhaust camshaft.
Die Forderung nach möglichst höher Restgasakzeptanz bei Teillast treibt jedoch das erforderliche Niveau an Ladungsbewegung stärker an als der Bedarf für eine kompakte und stabile Verbrennung bei Volllast. Da hohe Ladungsbewegung stets eine proportionale Einbuße an Zylinderfüllung bedingt, liegt herkömmlichen Auslegungen stets ein Kompromiss zwischen den Forderungen nach niedrigem Teillastverbrauch und nach hoher Leistung zugrunde.The requirement for the highest possible residual gas acceptance at partial load, however, drives the required level of charge movement more than the need for compact and stable combustion at full load. Since high charge movement always requires a proportional loss of cylinder filling, conventional designs are always based on a compromise between the demands for low partial load consumption and for high performance.
Aus der US 6,502,541 B2 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der Abgas über die Auslassventile in den Brennraum rückgeführt werden kann. Die interne Abgasrückführung wird insbesondere bei Teillast zur Verbrauchsverbesserung durchgeführt. Um einen Drall des rückgeführten Abgases im Brennraum zu erreichen, werden die Auslassventile zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschlossen. Die unterschiedlichen Schließzeiten werden durch eine Phasenverschiebung der Steuerzeiten der beiden Auslassventile erreicht. Die Auslassventile werden somit zu unterschiedlichen Zeitpunkten geöffnet. Um die Auslassventile unabhängig voneinander verstellen zu können, ist allerdings ein hoher technischer Aufwand erforderlich.From US Pat. No. 6,502,541 B2, an internal combustion engine is known in which exhaust gas can be recirculated via the outlet valves into the combustion chamber. The internal exhaust gas recirculation is carried out especially at partial load to improve fuel consumption. In order to achieve a swirl of the recirculated exhaust gas in the combustion chamber, the exhaust valves are closed at different times. The different closing times are achieved by a phase shift of the timing of the two exhaust valves. The exhaust valves are thus opened at different times. In order to adjust the exhaust valves independently, however, a high technical effort is required.
Auch aus der US 5,870,993 ist eine Brennkraftmaschine mit zwei Ein- und Auslassventilen pro Zylinder bekannt, wobei durch Verschieben der Auslasserhe- bungskurven eine interne Abgasrückführung aus den Auslasskanälen in den Brennraum durchgeführt werden kann. Durch Maskierungen im Bereich beider Auslassöffnungen kann ein Drall der rückgeführten Abgase im Brennraum erzielt werden. Diese Maskierung beider Auslassöffnungen wirkt sich nachteilig auf die Volllast aus.An internal combustion engine with two intake and exhaust valves per cylinder is also known from US Pat. No. 5,870,993, wherein an internal exhaust gas recirculation can be carried out from the exhaust ducts into the combustion chamber by shifting the exhaust lift curves. By means of masking in the region of both outlet openings, a swirl of the recirculated exhaust gases in the combustion chamber can be achieved. This masking of both outlet openings adversely affects the full load.
Insbesondere nach dem Otto-Verfahren arbeitende Saugmotoren benötigen Füllungskanäle mit wenig oder keiner Tumbleströmung, um bei hohen Drehzahlen hohe Leistungen zu realisieren. Für aufgeladene Brennkraftmaschinen dagegen ist zum Erreichen einer schnellen Verbrennung eine starke Tumbleströmung im Brennraum von Vorteil. Der Strömungswiderstand spielt dabei eine geringere Rolle. Bisher mussten somit für Saugmotoren und aufgeladene Motoren verschiedene Zylinderkopfformen eingesetzt werden, um wahlweise Füllungskanäle oder tumbleerzeugende Einlasskanäle zu erzeugen. Dies hat allerdings den Nachteil eines relativ hohen Herstellungsaufwandes. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Brennkraftmaschine mit Abgasturbolader den Kraftstoffverbrauch im Volllastbereich weiter zu senken. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, insbesondere im hohen Lastbereich Emissionen und Kraftstoffverbrauch abzusenken ohne das Transient- verhalten bei negativem Lastsprung zu verschlechtern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbrauchsverbesserung bei Teillast ohne Verschlechterung des Volllastverhaltens zu ermöglichen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, den Herstellungsaufwand zu vermindern.In particular, working by the Otto process suction engines require filling channels with little or no tumble flow to realize high power at high speeds. For supercharged internal combustion engines, on the other hand, a strong tumble flow in the combustion chamber is advantageous for achieving rapid combustion. The flow resistance plays a minor role. So far, so had to be used for naturally aspirated engines and supercharged engines different cylinder head shapes to produce either filling channels or tumbleerzeugende inlet channels. However, this has the disadvantage of a relatively high production costs. The object of the invention is to avoid these disadvantages and to further reduce the fuel consumption in the full load range in an internal combustion engine with turbocharger. It is also an object of the invention to lower emissions and fuel consumption, in particular in the high load range, without impairing the transient behavior with a negative load step. Another object of the invention is to enable fuel consumption improvement at part load without degrading full load performance. It is another object of the invention to reduce the production cost.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Tumblezahl zwischen 1,2 und 2, vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,9, beträgt.According to the invention, this is achieved in that the tumble number is between 1.2 and 2, preferably between 1.4 and 1.9.
Bekannte Brennkraftmaschinen weisen bedeutend geringere Tumble-Zahlen auf. Bei bekannten Saugmotoren werden Tumble-Zahlen zwischen etwa 0,3 und 0,8, bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen Tumble-Zahlen zwischen etwa 0,5 bis 1,1 erreicht. Die bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vorgesehenen hohen Tumble-Zahlen erlauben hohe Turbulenz im Brennraum und eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.Known internal combustion engines have significantly lower tumble numbers. In known naturally aspirated engines, tumbling numbers between about 0.3 and 0.8 are achieved, with supercharged internal combustion engines tumbling numbers between about 0.5 to 1.1. The provided in the internal combustion engine according to the invention high tumble numbers allow high turbulence in the combustion chamber and a significant reduction in fuel consumption.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Winkel der Hauptströmungsrichtungen der Teilströme zur Längsebene durch die Formgebung der Einlasskanäle bestimmt sind, wobei jeweils die Achse des Einlasskanales, zumindest knapp vor dem Einlassventil, mit der Achse des Einlassventiles einen spitzen Winkel, vorzugsweise größer als 10°, einschließt. Die Hauptströmungsrichtungen beider Teilströme können dabei mit der Längsebene den gleichen spitzen Winkel, vorzugsweise größer als 10°, einschließen, wobei vorteilhafter Weise die Einlasskanäle - in Richtung der Längsebene betrachtet - deckungsgleich ausgebildet sein können.Preferably, it is provided that the angles of the main flow directions of the partial flows to the longitudinal plane are determined by the shape of the inlet channels, wherein in each case the axis of the inlet channel, at least just before the inlet valve, with the axis of the inlet valve at an acute angle, preferably greater than 10 ° , The main flow directions of the two partial flows may include the same acute angle with the longitudinal plane, preferably greater than 10 °, wherein advantageously the inlet channels - viewed in the direction of the longitudinal plane - may be formed congruent.
Die Tumbleströmung strömt in einem auslassseitigen Zylindersegment von der Brennraumdeckfläche in Richtung Kolben, welches sich über einen Winkel δ kleiner als 180°, vorzugsweise zwischen 60° und 120°, erstreckt.The Tumbleströmung flows in an outlet-side cylinder segment of the combustion chamber cover surface in the direction of the piston, which extends over an angle δ smaller than 180 °, preferably between 60 ° and 120 °.
Zur Verstärkung der Ladungsbewegung ist es vorteilhaft, wenn jeder Einlasskanal unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzringes eine eingeformte Strömungsabrisskante aufweist. Jede Strömungsabrisskante kann durch eine Verschneidung des im wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles des Einlasskanales mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorzugsweise konischen Wandabschnitt im Bereich des Ventilsitzringes gebildet sein. Der konische Wandabschnitt wird beispielsweise durch einen koaxial zur Ventilsitzringachse zugestellten Kontrollfräser eingearbeitet, wobei vorzugsweise der Kontrollfräser zumindest einen kegeligen, zylindrischen und/oder gekrümmten Mantelbereich aufweist. Weiters ist es zur Verstärkung der Tumble-Bewegung vorteilhaft, wenn der Querschnitt des Einlasskanals bis in den Bereich der Strömungsabrisskante, zumindest in einer Richtung, düsenartig verengt ist.To enhance the charge movement, it is advantageous if each inlet channel immediately upstream of the valve seat ring has a molded-flow rupture edge. Each flow-off edge can be formed by an intersection of the substantially continuously extending inlet part of the inlet channel with a widening in the direction of flow, preferably conical wall portion in the region of the valve seat ring. The conical wall section is incorporated, for example, by a control cutter provided coaxially with the valve seat ring axis, wherein preferably the control router has at least one conical, cylindrical and / or curved jacket region. Furthermore, it is advantageous for enhancing the tumbling movement, if the cross section of the inlet channel is narrowed in a nozzle-like manner, at least in one direction, into the area of the flow-breaking edge.
Es kann vorgesehen sein, dass die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen aus den auf der zweiten Seite angeordneten Einspritzöffnungen den Ventilteller zumindest eines geöffneten Einlassventils schneidet, wobei vorzugsweise die theoretische Strahlform den Ventilteller des Einlassventils ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8-fachen des maximalen Ventilhubes schneidet. Die theoretische Strahlform schneidet das Einlassventil bevorzugt in einem Bereich der Umfangsiinie des Ventiltellers, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt. Zur Realisierung einer Feinzerstäubung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauches ist es vorteilhaft, wenn die gedachten äußeren Strahlmittellinien der Kraftstoffeinspritzstrahlen - in einem die Injektorachse beinhaltenden Längsschnitt durch den Zylinder betrachtet - einen ersten Strahlwinkel zwischen 30° bis 50°, vorzugsweise zwischen 35° und 40°, aufspannen, wobei vorzugsweise die äußeren gedachten Strahlmittellinien der Einspritzstrahlen - in einer Vorderansicht auf den Injektor betrachtet - einen zweiten Einspritzwinkel zwischen etwa 40° und 70°, vorzugsweise zwischen 50° und 60° aufspannen.It can be provided that the theoretical jet shape of the injection jets from the injection openings arranged on the second side intersects the valve disk of at least one open inlet valve, wherein preferably the theoretical jet shape the valve disk of the inlet valve from a valve opening between the 0.5 to 0.9 times, preferably between 0.6 to 0.8 times the maximum Ventilhubes cuts. The theoretical jet shape preferably intersects the inlet valve in a region of the circumferential line of the valve disk that is one third to one sixth of the circumference. To realize a fine atomization and to reduce fuel consumption, it is advantageous if the imaginary outer beam center lines of the fuel injection jets - viewed in a longitudinal section through the cylinder containing the injector axis - have a first beam angle between 30 ° and 50 °, preferably between 35 ° and 40 °, span, wherein preferably the outer imaginary beam center lines of the injection jets - viewed in a front view of the injector - span a second injection angle between about 40 ° and 70 °, preferably between 50 ° and 60 °.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt durch zumindest einen Abgasturbolader aufgeladen.The internal combustion engine is preferably charged by at least one exhaust gas turbocharger.
Eine deutliche Absenkung des Kraftstoffverbrauches kann dadurch erreicht werden, dass für jeden Betriebsbereich ein Sollwert für die rückgeführte Abgasmenge in einer Steuereinrichtung für die Abgasrückführung abgelegt wird, dass ein Istwert für die rückgeführte Abgasmenge ermittelt oder berechnet wird und dass bei Vermindern der Last aus einem Betriebsbereich, in welchem interne und externe Abgasrückführung gleichzeitig durchgeführt wird, die interne Abgasrückführung solange vermindert oder gestoppt wird, bis der Istwert der rückgeführten Abgasmenge kleiner oder gleich dem Sollwert der rückgeführten Abgasmenge bei dem entsprechenden Betriebspunkt ist.A significant reduction in fuel consumption can be achieved by storing a setpoint value for the recirculated exhaust gas quantity in a control device for the exhaust gas recirculation for each operating range, determining or calculating an actual value for the recirculated exhaust gas quantity and reducing the load from an operating range. in which internal and external exhaust gas recirculation is performed simultaneously, the internal exhaust gas recirculation is reduced or stopped until the actual value of the recirculated exhaust gas amount is less than or equal to the set value of the recirculated exhaust gas quantity at the corresponding operating point.
Insbesondere bei Verwendung eines Niederdruck-Abgasrückführsystem kann im oberen Lastbereich und/oder im Volliastbereich eine interne und externe Abgasrückführung gleichzeitig oder aber nur eine externe Abgasrückführung durchgeführt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das intern und/oder extern rückgeführte Abgas zwischen der Entnahme aus dem Brennraum und der Rückführung in den Brennraum gekühlt wird. Um insbesondere im Volllastbereich eine externe Abgasrückführung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Abgas für die externe Abgasrückführung stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers, vorzugsweise stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung dem Abgasstrang entnommen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers dem Einlassstrang zugeführt wird.In particular, when using a low-pressure exhaust gas recirculation system, an internal and external exhaust gas recirculation can be performed simultaneously or only an external exhaust gas recirculation in the upper load range and / or Volliastbereich. It is preferably provided that the internally and / or externally recirculated exhaust gas is cooled between the removal from the combustion chamber and the return into the combustion chamber. In order to achieve an external exhaust gas recirculation particularly in the full load range, it is advantageous if the exhaust gas for the external exhaust gas recirculation downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger, preferably downstream of an exhaust aftertreatment device taken from the exhaust line and upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger is fed to the inlet line.
Die Verminderung der internen Abgasrückführmengen erfolgt am einfachsten durch Spätverstellen der Einlasssteuerzeit und/oder durch Frühverstellen der Auslasssteuerzeit. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass zur Verminderung der internen Abgasrückführmenge der Ventilhub zumindest eines Ein- und/oder Auslassventils im Ventilüberschneidungsbereich vermindert wird.The reduction of the internal EGR amounts is most easily done by retarding the intake timing and / or by advancing the exhaust timing. Alternatively, it can also be provided that the valve lift of at least one inlet and / or outlet valve in the valve overlap area is reduced in order to reduce the internal exhaust gas recirculation quantity.
Eine Erhöhung der externen oder internen Abgasrückführrate im oberen Lastbereich kann durch zusätzliches Androsseln der Ansaugluft oder des Abgases erfolgen. Die Steuerung der externen Abgasrückführrate kann durch ein Stellventil und/oder durch Androsseln auf der Saug- bzw. Abgasseite erfolgen.An increase in the external or internal exhaust gas recirculation rate in the upper load range can be done by additionally throttling the intake air or the exhaust gas. The control of the external exhaust gas recirculation rate can be done by a control valve and / or by throttling on the suction or exhaust side.
Die Regelung der internen und externen Abgasrückführung erfolgt über ein Mo- torsteuergerät derart, dass die gesamte Abgasrückführrate in der Brennkraftmaschine, welche sich aus interner Abgasrückführrate, Leersaugen eines mit Abgas/ Luft-Gemisch gefüllten Volumens und externer Abgasrückführrate zusammensetzt, unabhängig vom transienten Betriebszustand, den im Kennfeld abgelegten Sollwerten, bzw. den zur Erzielung des Bestverbrauches, bzw. der Bestemission erforderlichen Abgasrückführmengen entspricht.The regulation of the internal and external exhaust gas recirculation via a motor control unit such that the total exhaust gas recirculation rate in the internal combustion engine, which is composed of internal exhaust gas recirculation rate, empty suction of a filled with exhaust gas / air mixture volume and external exhaust gas recirculation rate, regardless of the transient operating state, the in the map stored setpoint values, or the exhaust gas recirculation amounts required to achieve the best consumption, or the best emission corresponds.
In einer besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in zumindest einem Teillastbetriebsbereich, vorzugsweise nach einem negativen Lastsprung und/oder unterhalb einer unteren Lastgrenze für die Durchführung externer Abgasrückführung der Verdichter und/oder der Ladeluftkühler umgangen wird. Durch Umgehen des Verdichters kann das Füll- und Entleerverhalten des externen Abgasrückführsystems kompensiert werden. In der Umgehungsleitung kann ein erstes Absperrorgan angeordnet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Umgehungsleitung stromaufwärts der Mündung der Ab- gasrückführleitung vom Einlassstrang abzweigt und stromabwärts des Verdichters, vorzugsweise stromabwärts des Ladeluftkühlers, besonders vorzugsweise stromabwärts eines in einem Hauptströmungsweg durch den Verdichter angeordneten zweiten Absperrorgans wieder in den Einlassstrang wieder einmündet. Wenn die Umgehungsleitung stromabwärts des Verdichters vom Einlassstrang abzweigt, kann der Verdichter zur Ausspülung von Abgas/Luft-Gemisch aus dem Ladeluftkühler verwendet werden. Zu diesem Zweck kann über Schaltorgane im Bereich der Abzweigung und/oder der Einmündung der Umgehungsleitung der Ladeluftstrom gesteuert werden. Das nach einem negativen Lastsprung durchzusaugende Volumen mit Luft/Abgas-Gemisch wird dadurch drastisch reduziert. Andererseits steht für die nächste Hochlastphase somit wieder ein Luft/Abgas-Gemisch zur Verfügung.In a particularly preferred embodiment of the invention can be provided that in at least one part load operating range, preferably after a negative load step and / or below a lower load limit for the implementation of external exhaust gas recirculation of the compressor and / or the intercooler is bypassed. By bypassing the compressor, the filling and emptying behavior of the external exhaust gas recirculation system can be compensated. In the bypass line, a first obturator can be arranged. Preferably, it is provided that the bypass line upstream of the mouth of the exhaust gas recirculation line branches off from the inlet branch and re-opens into the inlet branch downstream of the compressor, preferably downstream of the charge air cooler, particularly preferably downstream of a second obturator arranged in a main flow path through the compressor. When the bypass line branches off the intake manifold downstream of the compressor, the compressor can be used to purge the exhaust gas / air mixture from the charge air cooler. For this purpose, the charge air flow can be controlled via switching devices in the region of the branch and / or the junction of the bypass line. The durchzusaugende after a negative load jump volume with air / exhaust gas mixture is thereby drastically reduced. On the other hand, an air / exhaust gas mixture is thus available again for the next high-load phase.
Auf diese Weise können optimale Ergebnisse für Verbrauch und Emissionen erzielt werden, ohne dass das Transientverhalten der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst wird.In this way, optimal results for consumption and emissions can be achieved without the transient behavior of the internal combustion engine is adversely affected.
Eine weitere Verbesserung des Transientverhaltens (insbesondere des positiven Lastwechsels aus niedriger Last) kann dadurch erfolgen, dass während der Umgehung des Verdichters der Hauptströmungsweg des Einlassstranges durch den Verdichter zwischen Abzweigung und Mündung der Umgehungsleitung des Verdichters mit Frischluft gespült wird. Um auch den Ladeluftkühler und die Rohre im Einlassstrang von rückgeführtem Abgas zu befreien (besonders bei Abgas- rückführraten über 10%) kann es hilfreich sein, den Ladeluftkühler und die Rohre zu spülen. Dazu kann vorgesehen sein, dass stromaufwärts des zweiten Absperrorgans und stromabwärts des Ladeluftkühlers eine Spülleitung vom Einlassstrang abzweigt und vorzugsweise stromabwärts der Turbine in den Abgasstrang einmündet, wobei vorzugsweise in der Spülleitung ein drittes Absperrorgan angeordnet ist.A further improvement of the transient behavior (in particular of the positive load change from low load) can be carried out by flushing the main flow path of the inlet line through the compressor between the branch and the mouth of the bypass line of the compressor with fresh air during the bypassing of the compressor. In order to also free the charge air cooler and the pipes in the intake line from recirculated exhaust gas (especially with exhaust gas recirculation rates above 10%), it may be helpful to flush the intercooler and the pipes. For this purpose, it may be provided that upstream of the second obturator and downstream of the charge air cooler, a purge line branches off from the inlet branch and preferably opens downstream of the turbine in the exhaust line, wherein preferably in the purge line, a third obturator is arranged.
Die Brennkraftmaschine saugt Frischluft über die Umgehungsleitung des Verdichters an. Der Ladeluftkühler und die Rohre des Einlassstranges werden in dieser Zeit gespült. Das Luft/Abgas-Gemisch wird an der Brennkraftmaschine vorbei stromaufwärts des Katalysators dem Abgasstrang zugeführt.The internal combustion engine draws in fresh air via the bypass line of the compressor. The intercooler and the pipes of the inlet pipe are purged during this time. The air / exhaust gas mixture is fed to the internal combustion engine upstream of the catalyst fed to the exhaust line.
Eine weitere Verbrauchsverbesserung lässt sich erreichen, wenn die Maskierung jeweils auf der dem Einlassventil zugewandten Seite der Auslassöffnung angeordnet ist und den Auslassventilteller des Auslassventils gegen das Einlassventil hin abschattet. Zum Unterschied zur US 5,870,993 A ist die Maskierung der Auslassöffnung an der der Einlassöffnung zugewandten Seite angeordnet. Dadurch entsteht durch die durch die Auslassöffnungen rückgeführte Abgasmenge eine Tumble-Strömung, welche gleichsinnig mit dem später folgenden Tumble der Einlassströmung dreht.A further improvement in fuel consumption can be achieved if the masking is arranged in each case on the side of the outlet opening facing the inlet valve and shades the outlet valve plate of the outlet valve against the inlet valve. In contrast to US Pat. No. 5,870,993 A, the masking of the outlet opening is arranged on the side facing the inlet opening. As a result, due to the amount of exhaust gas recirculated through the outlet openings, a tumble flow arises which rotates in the same direction as the later following tumble of the inlet flow.
Um eine ausreichend hohe Tumble-Wirkung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Maskierung um die Mitte der Auslassöffnung einen Umschlingungswin- kel von etwa 120° bis 180° einschließt. Die Höhe der Maskierung sollte dabei etwa 1 mm bis 4 mm betragen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Abstand der Maskierung vom Ventiltellerrand etwa 0,3 mm bis 0,7 mm beträgt.In order to allow a sufficiently high tumbling effect, it is advantageous if the mask encloses a wrap angle of about 120 ° to 180 ° about the center of the outlet opening. The height of the mask should be about 1 mm to 4 mm. It is preferably provided that the distance of the masking from the valve disk edge is approximately 0.3 mm to 0.7 mm.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Maskierung durch einen Vorsprung in der Brennraumdecke gebildet ist. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Maskierung durch eine Vertiefung in der Brennraumdeckfläche gebildet ist, wobei in der Vertiefung die Auslassöffnung angeordnet ist. Die Vertiefung ist im Wesentlichen konzentrisch bezüglich der Auslassöffnung angeordnet und läuft vorzugsweise an der der Maskierung gegenüberliegenden Seite in die Brennraumdeckfläche aus. Die Tiefe der Vertiefung kann dabei gleichmäßig sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Vertiefung - bezogen auf die umgebende Brennraumdeckfläche - eine unterschiedliche Tiefe aufweist, wobei vorzugsweise die Tiefe im Bereich der Maskierung am größten ist.It is preferably provided that the masking is formed by a projection in the combustion chamber ceiling. Alternatively, it can also be provided that the masking is formed by a depression in the combustion chamber cover surface, the outlet opening being arranged in the depression. The depression is arranged essentially concentrically with respect to the outlet opening and preferably runs out into the combustion chamber cover surface on the side opposite the masking. The depth of the recess can be uniform. Alternatively, it is also possible that the depression has a different depth relative to the surrounding combustion chamber cover surface, wherein preferably the depth is greatest in the region of the masking.
Bei einer Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Ein- und zumindest zwei Auslassventilen ist es vorteilhaft, wenn jede Auslassöffnung im Bereich der dem benachbarten Einlassventil zugewandten Seite von einer Maskierung umgeben ist. Die Maskierungen der einzelnen Auslassventile ist vorzugsweise gleich gestaltet. Es ist aber auch eine unterschiedliche Gestaltung möglich.In an internal combustion engine having at least two inlet valves and at least two outlet valves, it is advantageous if each outlet opening is surrounded by a masking in the region of the side facing the adjacent inlet valve. The masking of the individual outlet valves is preferably the same design. But it is also a different design possible.
Die beiden Auslassventile werden vorzugsweise zum gleichen Zeitpunkt während des Auslasstaktes geöffnet. Der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile kann dabei über Phasenversteller synchron verstellt werden.The two exhaust valves are preferably opened at the same time during the exhaust stroke. The opening time of the exhaust valves can be adjusted synchronously via phasing.
Durch das gleichzeitige Öffnen der Auslassventile kann zu Beginn des Auslasstaktes eine relativ große Menge des Abgases in die Auslasskanäle geleitet werden. Dadurch können günstiges Entleerungsverhalten des Brennraumes mit minimalen Drosselverlusten erzielt werden. Insbesondere bei Volllast ergibt sich somit eine hohe Leistungsausbeute.By simultaneously opening the exhaust valves, a relatively large amount of the exhaust gas can be directed into the exhaust ports at the beginning of the exhaust stroke. As a result, favorable emptying behavior of the combustion chamber can be achieved with minimal throttling losses. Especially at full load thus results in a high power output.
Die Auslassventile werden auch synchron geschlossen.The exhaust valves are also closed synchronously.
Eine deutliche Verbrauchsverbesserung bei Teillast wird erreicht, wenn im Teillastbereich im Bereich des oberen Totpunktes des Ladungswechsels, vorzugsweise unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels, Abgas durch zumindest eine Auslassöffnung in den Brennraum rückgesaugt und gleichzeitig oder unmittelbar darauf durch zumindest eine Einlassöffnung Luft oder Ladung in den Brennraum eingebracht wird, wobei durch das rückgesaugte Abgas und die Luft oder Ladung im Brennraum eine gleichgerichtete Tumbleströmung initiiert wird. Dabei wird der Schließzeitpunkt des Auslassventils und der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils, im Teillastbereich nach spät verstellt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Volllastbereich für Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl, vorzugsweise unterhalb der halben Maximaldrehzahl, der Schließzeitpunkt des Auslassventils nach spät und/oder der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils nach früh verstellt wird.A significant improvement in fuel consumption at partial load is achieved when in the partial load range in the region of the top dead center of the charge exchange, preferably immediately after the top dead center of the charge exchange, exhaust gas sucked back through at least one outlet in the combustion chamber and at the same time or directly through at least one inlet air or charge in the combustion chamber is introduced, wherein a rectified Tumbleströmung is initiated by the sucked back exhaust gas and the air or charge in the combustion chamber. The closing time of the exhaust valve and the opening time of the intake valve, in the partial load range is retarded. It is preferably provided that in the full load range for speeds below the maximum speed, preferably below half the maximum speed, the closing time of the exhaust valve is retarded and / or the opening timing of the intake valve is advanced.
Durch die Erfindung werden folgende vorteilhafte Effekte erzielt: 1) Zusätzliche Erhöhung der Ladungsbewegung im Teillastbereich zwecks weiter erhöhter Restgasakzeptanz der Verbrennung. Stellorgane zur Wegschaltung von Teilen des Einlasskanals sind zum Erreichen einer erhöhten Ladungsbewegung nicht erforderlich.The invention achieves the following advantageous effects: 1) Additional increase of the charge movement in the partial load range in order to further increase the residual gas acceptance of the combustion. Actuators for switching off parts of the inlet channel are not required to achieve increased charge movement.
2) Erhöhung der Spülqualität bei Volllast, speziell bei niedrigen Drehzahlen und großen Ventilüberschneidungen. Die verbesserte Restgasausspülung bei geringeren Spülluftaufwänden verbessert das Klopfverhalten, das Drehmoment und die Neigung zur exothermen Reaktionen im Katalysator bei Saug- und Auflademotoren bei niedrigeren Volllast-Drehzahlen.2) Increasing the rinsing quality at full load, especially at low speeds and large valve overlaps. The improved residual gas purge with lower purge air efficiencies improves knocking performance, torque, and the tendency for catalyst exothermic reactions in suction and supercharging engines at lower full load speeds.
Zur Verringerung des Fertigungsaufwandes kann vorgesehen sein, dass ein Rohkanal gusstechnisch hergestellt wird, dessen Kanalkontur in zumindest einem ersten Wandbereich geometrische Merkmale eines Füllkanals und in zumindest einem zweiten Wandbereich geometrische Merkmale eines tumbleerzeugenden Einlasskanals aufweist, und dass in zumindest einem materialabtragenden Bearbeitungsschritt wahlweise ein Füllkanal oder ein tumbleerzeugender Einlasskanal aus dem Rohkanal geformt wird. Mit einer einzigen Zylinderkopfform können somit Saug-Brennkraftmaschinen, als auch aufgeladene Brennkraftmaschinen bedient werden.To reduce the production costs can be provided that a raw channel is produced by casting technology, the channel contour in at least a first wall area geometric features of a filling channel and in at least one second wall area geometric features of a tumbleerzeugenden inlet channel, and that in at least one material-removing processing step optionally a filling channel or a tumble-generating inlet channel is formed from the raw channel. With a single cylinder head shape thus suction internal combustion engines, as well as supercharged internal combustion engines can be operated.
So ist es möglich, dass zur Formung eines Füllkanals der zweite Wandbereich materialabtragend bearbeitet wird. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zur Formung eines tumbleerzeugenden Einlasskanals der erste Wandbereich materialabtragend bearbeitet wird.Thus, it is possible that the second wall area is machined to remove material for forming a filling channel. Alternatively, it can be provided that, in order to form a tumble-generating inlet channel, the first wall region is processed in a material-removing manner.
Der erste Wandbereich wird dabei durch den der Zylinderkopfebene am nächst- liegende Bodenbereich des Rohkanals gebildet. Der zweite Wandbereich wird durch die der Zylinderkopfebene entferntest liegende Deckenbereich des Rohkanals und/oder durch die Seitenwände des Rohkanals gebildet.In this case, the first wall region is formed by the cylinder head plane closest to the bottom region of the raw channel. The second wall region is formed by the ceiling region of the raw channel located furthest away from the cylinder head plane and / or by the side walls of the raw channel.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS. Show it:
Fig. 1 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Querschnitt durch einen Zylinder;1 shows a cylinder head of an internal combustion engine according to the invention in a cross section through a cylinder.
Fig. 2 einen Zylinder mit schematisch angedeuteten Einspritzstrahlen;2 shows a cylinder with schematically indicated injection jets;
Fig. 3 die Einspritzstrahlen aus der Richtung III - III in Fig. 2;FIG. 3 shows the injection jets from the direction III-III in FIG. 2; FIG.
Fig. 4 eine Stirnansicht auf die Einspritzstrahlen;Fig. 4 is an end view of the injection jets;
Fig. 4a eine Stirnansicht auf einen Injektor mit fünf Einspritzöffnungen; Fig. 5 eine Seitenansicht auf eine Einspritzeinrichtung und die Einspritzstrahlen;4a shows an end view of an injector with five injection openings; Fig. 5 is a side view of an injector and the injection jets;
Fig. 6 einen Einlasskanal der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Schnitt;6 shows an inlet channel of the internal combustion engine according to the invention in a section;
Fig. 7 ein Diagramm mit geometrischen Parametern des Einlasskanals;7 shows a diagram with geometric parameters of the inlet channel;
Fig. 8 einen Zylinder der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine während einer ersten Einspritzung;8 shows a cylinder of the internal combustion engine according to the invention during a first injection;
Fig. 9 den Zylinder während einer zweiten Einspritzung;9 shows the cylinder during a second injection;
Fig. 10 die Anordnung der Gaswechselkanäle und der Einspritzeinrichtung in einem Längsschnitt;10 shows the arrangement of the gas exchange channels and the injection device in a longitudinal section.
Fig. 11 die Anordnung der Gaswechselkanäle und der Einspritzeinrichtung in einer Draufsicht;11 shows the arrangement of the gas exchange channels and the injection device in a plan view;
Fig. 12 eine Einspritzung mit benetztem Einlassventil in einer Seitenansicht;12 shows an injection with wetted inlet valve in a side view;
Fig. 13 diese Einspritzung in einer Draufsicht;Fig. 13 this injection in a plan view;
Fig. 14 einen Längsschnitt durch einen Zylinderraum mit ermittelter Tumbleströmung;14 shows a longitudinal section through a cylinder chamber with determined Tumbleströmung.
Fig. 15 einen Querschnitt durch den Zylinderraum mit eingetragenem Strömungsfeld;15 shows a cross section through the cylinder chamber with registered flow field;
Fig. 16 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante;16 shows the internal combustion engine according to the invention in a first embodiment;
Fig. 17 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante;17 shows the internal combustion engine according to the invention in a second embodiment variant;
Fig. 18 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante;18 shows the internal combustion engine according to the invention in a third embodiment;
Fig. 19 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante;FIG. 19 shows the internal combustion engine according to the invention in a fourth embodiment variant; FIG.
Fig. 20 die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsvariante;FIG. 20 shows the internal combustion engine according to the invention in a fifth embodiment variant; FIG.
Fig. 21 ein Last-Drehzahl-Diagramm; Fig. 22 eine Steuerungsstrategie für die Abgasrückführung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;Fig. 21 is a load-speed diagram; FIG. 22 shows a control strategy for the exhaust gas recirculation according to the method according to the invention; FIG.
Fig. 23 ein Ventilbild eines Zylinderkopfes der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;FIG. 23 is a valve diagram of a cylinder head of the internal combustion engine according to the invention; FIG.
Fig. 24 einen Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie XXIV-XXIV in Fig. 23 bei geöffnetem Ein- und Auslassventilen in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante;FIG. 24 shows a cylinder head in a section according to the line XXIV-XXIV in FIG. 23 with the intake and exhaust valves open in a first embodiment according to the invention; FIG.
Fig. 25 einen Zylinderkopf analog zu Fig. 24 in einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante;FIG. 25 shows a cylinder head analogous to FIG. 24 in a second embodiment according to the invention; FIG.
Fig. 26 einen Zylinderkopf in einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante;FIG. 26 shows a cylinder head in a third variant according to the invention; FIG.
Fig. 27 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie XXVII-XXVII in Fig. 23;FIG. 27 shows the cylinder head in a section according to the line XXVII-XXVII in FIG. 23; FIG.
Fig. 28 ein Ventilhub-Kurbelwinkel-Diagramm für Teillast;FIG. 28 is a part-load valve lift crank angle diagram; FIG.
Fig. 29 ein Ventilhub-Kurbeldiagramm für Volllast;FIG. 29 is a full-load valve lift crank diagram; FIG.
Fig. 30 die Strömungen im Bereich des oberen Totpunktes des Ladungswechsels bei Volllast;FIG. 30 shows the flows in the area of top dead center of the charge cycle at full load; FIG.
Fig. 31 einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit einem Rohkanal in einem Längsschnitt;FIG. 31 shows a cylinder head according to the invention with a raw channel in a longitudinal section; FIG.
Fig. 32 einen Zylinderkopf mit einem tumbleerzeugenden Einlasskanal; undFIG. 32 shows a cylinder head with a tumble-generating inlet channel; FIG. and
Fig. 33 einen Zylinderkopf mit einem als Füllkanal ausgebildeten Einlasskanal.33 shows a cylinder head with an inlet channel designed as a filling channel.
Im Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine sind Einlasskanäle 2 und Auslasskanäle 3 angeordnet. Die Einlasskanäle 2 münden über zwei Einlassventile 4 in den Brennraum 5 ein, welcher durch einen Zylinder 6, einen hin- und hergehenden Kolben 7 und eine durch den Zylinderkopf 1 gebildeten dachförmige Brennraum- deckfläche 8 gebildet ist. Im Zylinderkopf 1 ist weiters pro Zylinder 6 eine Zündeinrichtung 9 annähernd zentral, sowie eine Einspritzeinrichtung 10 seitlich angeordnet. Die Längsachse 10a der Einspritzeinrichtung 10 schließt mit der ZyMn- derkopfdichtebene Ia einen Winkel ε zwischen 20° bis 35° ein. Die Einspritzeinrichtung 10 weist an ihrer Injektorstirnseite 11 zumindest fünf Einspritzöffnungen 12 auf, welche so bemessen und/oder angeordnet sind, dass ein Flächenanteil der Gesamtfläche aller Einspritzöffnungen von mindestens 65% und/oder ein Massenanteil von zumindest 65% des eingespritzten Kraftstoffes auf der dem Kolben 7 zugewandten ersten Seite 13 einer Referenzebene 30 durch die Gesamtstrahlmittelachse 31 zugewiesen ist. Die Referenzebene 30 steht normal auf eine durch die Gesamtstrahlmittelachse 31 und die Längsachse 10a der Einspritzeinrichtung 10 aufgespannten Ebene 32. Die Auflösung der einzelnen Einspritzstrahlen 15 erfolgt derart, dass eine zusammenhängende Kraftstoffwolke 16 ohne sichtbare Trennung in Einzelstrahlen ab einer Entfernung a von etwa 10 mm bis 20 mm - von der Strahlwurzel 17 aus gesehen - gebildet wird. Die Verteilung der Kraftstoffdichte in der Strahlwolke 16 entspricht im Wesentlichen der geometrischen Anordnung der Einspritzöffnungen 12 der Einspritzeinrichtung 10. Die Einspritzöffnungen 12 sind bevorzugt asymmetrisch bezüglich der Referenzebene angeordnet. Bei einem Injektor mit sieben Einspritzöffnungen 12 sind beispielsweise auf der ersten Seite 13 drei, auf der zweiten Seite 14 zwei und in der Referenzebene 31 ebenfalls zwei Einspritzöffnungen 12 angeordnet (Fig. 4). Die Fig. 4a zeigt eine Injektorstirnseite 11 eines Injektors mit fünf Einspritzöffnungen 12, wobei drei Einspritzöffnungen auf der ersten Seite 13 und zwei Einspritzöffnungen 12 auf der zweiten Seite 14 der Referenzebene 30 angeordnet sind. Die Einspritzstrahlen 15a durch die Einspritzöffnungen 12 auf der ersten Seite 13 können gebündelt sein.Intake channels 2 and outlet channels 3 are arranged in the cylinder head 1 of the internal combustion engine. The inlet channels 2 open via two inlet valves 4 into the combustion chamber 5, which is formed by a cylinder 6, a reciprocating piston 7 and a roof-shaped combustion chamber cover surface 8 formed by the cylinder head 1. In the cylinder head 1 is further per cylinder 6 an ignition 9 approximately centrally, and an injection device 10 arranged laterally. The longitudinal axis 10a of the injection device 10 encloses an angle ε between 20 ° and 35 ° with the cylinder head density plane 1a. The injection device 10 has at its Injektorstirnseite 11 at least five injection openings 12 which are sized and / or arranged such that an area ratio of the total area of all injection openings of at least 65% and / or a mass fraction of at least 65% of the injected fuel on the piston 7 facing first side 13 of a reference plane 30 is assigned by the Gesamtstrahlmittelachse 31. The reference plane 30 is normal to a plane defined by the Gesamtstrahlmittelachse 31 and the longitudinal axis 10a of the injector 10 level 32. The dissolution of the individual injection jets 15 is such that a contiguous fuel cloud 16 without visible separation into individual jets from a distance a of about 10 mm 20 mm - seen from the beam root 17 - is formed. The distribution of the fuel density in the jet cloud 16 substantially corresponds to the geometric arrangement of the injection openings 12 of the injection device 10. The injection openings 12 are preferably arranged asymmetrically with respect to the reference plane. In the case of an injector with seven injection openings 12, for example, three on the first side 13, two on the second side 14 and also two injection openings 12 in the reference plane 31 are arranged (FIG. 4). FIG. 4 a shows an injector end 11 of an injector with five injection openings 12, three injection openings being arranged on the first side 13 and two injection openings 12 being arranged on the second side 14 of the reference plane 30. The injection jets 15a through the injection openings 12 on the first side 13 may be bundled.
Die gedachten Strahlmittellinien 15b1 der Einspritzstrahlen 15b, welche durch auf der dem Kolben 7 abgewandten zweiten Seite 14 der Referenzebene 30 in den Brennraum 5 eingespritzt werden, schneiden die Mantellinie 6a des Zylinders 6 in einen Bereich von etwa 30% bis 45% der Hublänge L des Kolbens 7, vom oberen Totpunkt des Kolbens 7 gemessen. Der Projektionsbereich der oberen Kraftstoffstrahlen 15 am Zylindermantel 6' ist mit Bezugszeichen 18 bezeichnet.The imaginary beam center lines 15b 1 of the injection jets 15b, which are injected into the combustion chamber 5 through the second side 14 of the reference plane 30 facing away from the piston 7, cut the generatrix 6a of the cylinder 6 into a range of approximately 30% to 45% of the stroke length L of the piston 7, measured from top dead center of the piston 7. The projection range of the upper fuel jets 15 on the cylinder jacket 6 'is designated by reference numeral 18.
Die gedachten Strahlmittellinien 15a1 der unteren Einspritzstrahlen 15a, welche durch Einspritzöffnungen 12 strömen, die auf der dem Kolben 7 zugewandten ersten Seite 13 der Referenzebene 30 angeordnet sind, schneiden eine in halber Hubhöhe des Kolbens 7 angenommene Normalebene 19 auf die Zylinderachse 6a in einem einlassseitigen Bereich 20, der etwa 30% bis 50% des Zylinderdurchmessers D entspricht.The imaginary beam center lines 15a 1 of the lower injection jets 15a, which flow through injection openings 12 arranged on the first side 13 of the reference plane 30 facing the piston 7, intersect a normal plane 19 assumed at half the stroke of the piston 7 on the cylinder axis 6a in an inlet side Range 20, which corresponds to about 30% to 50% of the cylinder diameter D.
Die theoretische Strahlform der oberen Einspritzstrahlen 15a bestreicht dabei jeweils Sektoren der Ventilteller 4a der Einlassventile 4 in der Größenordnung zwischen einem Drittel und einem Sechstel des Umfanges, allerdings erst bei Ventilhüben größer als das 0,6 bis 0,8fache des maximalen Ventilhubes, vom geschlossenen Ventil ausgehend gemessen. Die Einlasskanäle 2 weisen eine fixe Geometrie auf, welche so gestaltet ist, dass ein hohes Niveau an Ladungsbewegung im Brennraum 5 ermöglicht wird.The theoretical jet shape of the upper injection jets 15a sweeps each sectors of the valve head 4a of the intake valves 4 in the order of one third and one sixth of the circumference, but only at valve strokes greater than 0.6 to 0.8 times the maximum valve lift, from the closed valve measured starting. The inlet channels 2 have a fixed geometry, which is designed so that a high level of charge movement in the combustion chamber 5 is made possible.
Vorzugsweise beträgt der die Tumble-Zahl zwischen 1,2 und 2, besonders vorzugsweise 1,4 bis 1,9.Preferably, the tumble number is between 1.2 and 2, more preferably 1.4 to 1.9.
Die Bestimmung der Tumble-Zahl wird beispielsweise in der AT 004.097 Ul beschrieben.The determination of the tumble number is described for example in AT 004,097 Ul.
Aus dem, beispielsweise durch differenzielle Messmethode mittels Laser-Doppler- Anemometrie gemessenen Strömungsfeld wLDA wird ein Tumble-Kennwert ωFK durch ωMol berechnet. Zunächst wird aus dem Strömungsfeld wWA , also den gemessenen axialen Geschwindigkeiten in Richtung der Zylinderachse 6a eine mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit w berechnet. Durch Reduktion des Strömungsfeldes wWA um die mittlere Geschwindigkeit w folgt das reduzierte, quasi-rotierende Strömungsfeld W1 unter Annahme einer Tumble-Achse 111, die die Zylinderachse 6a schneidet und senkrecht auf die Zylinderachse 6a des Zylinders 6 steht. Es gilt somit:A tumble characteristic ω FK is calculated from ω mol from the flow field w LDA , which is measured, for example, by a differential measurement method by means of laser Doppler anemometry. First, an average axial flow velocity w is calculated from the flow field w WA , ie the measured axial velocities in the direction of the cylinder axis 6 a. By reducing the flow field w WA by the mean velocity w, the reduced, quasi-rotating flow field W 1 follows, assuming a tumble axis 111 which intersects the cylinder axis 6a and is perpendicular to the cylinder axis 6a of the cylinder 6. It thus applies:
Aus diesem reduzierten Strömungsfeld W1 berechnet sich die Winkelgeschwindigkeit ω, in jedem Messpunkt i wie folgt: wFrom this reduced flow field W 1 , the angular velocity ω, at each measuring point i, is calculated as follows: w
wobei T1 der Abstand des Messpunktes i von der Tumble-Achse 111 ist.where T 1 is the distance of the measurement point i from the tumble axis 111.
Ist jedem Messpunkt i das Flächenelement ft zugeordnet, so ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit ωFK der gesamten Tumble-Bewegung durch die GleichungIf the surface element f t is assigned to each measuring point i, the angular velocity ω FK of the total tumble motion is given by the equation
Figure imgf000016_0001
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Daraus kann der Tumble-Kennwert wie folgt berechnet werden:From this, the tumble characteristic can be calculated as follows:
Tumble - Kennwert = — ^ , (4) ωMol wobei ωMol die Motorwinkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine ist.Tumble - characteristic = - ^, (4) ω mol where ω mol is the engine angular velocity of the internal combustion engine.
Werden die Tumble-Kennwerte für mehrere Ventilhübe des Einlassventiles 4 des Einlasskanales 2 bestimmt, so kann mittels Integration über den Kurbelwinkel a die Tumble-Zahl berechnet werden, wobei die Tumble-Kennwerte mit der Kolbengeschwindigkeit c gewichtet werden:If the tumble characteristic values for a plurality of valve lifts of the inlet valve 4 of the inlet channel 2 are determined, the tumble number can be calculated by integration over the crank angle a, the tumble characteristics being weighted with the piston speed c:
Tumble-Zahl (5)
Figure imgf000016_0002
Figur 13 zeigt ein typisches Messergebnis des Messverfahrens, eingetragen in einem Querschnitt durch den Zylinder 6. Es zeigt eine durch Einlasskanäle 2 erzeugte Strömungsstruktur in einem Zylinder 6 als normierte Strömungsfelder. Es sind die Einlassventile 4 in ihrer Lage zum Zylinder 6 dargestellt. Weiters ist die Motorlängsachse 114' eingezeichnet. Die Tumble-Achse 111' ist als Vektorpfeil mit angedeutetem Drehsinn angegeben. Die Messpunkte i sind in einem hexago- nalem Gitter angeordnet, sodass die Flächenelemente ff alle gleich sind. Die Richtung und Größe der Winkelgeschwindigkeiten ωt in jedem Flächenelement ft. ist durch die Neigung und Dichte der Schraffur angedeutet. Rechts geneigte Schraffur bedeutet dabei nach abwärts gerichtete Strömung, links geneigte Schraffur symbolisiert eine nach aufwärts gerichtete Strömung. Die Dichte der Schraffur ist proportional zur Größe der Geschwindigkeit. Im Bereich der Längsachse 114' herrscht die geringste Strömungsgeschwindigkeit, was durch schraf- furlose hexagonale Flächenelemente / wiedergegeben ist. Das in Fig. 13 dargestellte berechnete Strömungsprofil entspricht der in Fig. 12 dargestellten Tumble-Strömung T zufolge der Einlassströmung E.
Tumble number (5)
Figure imgf000016_0002
FIG. 13 shows a typical measuring result of the measuring method, indicated in a cross section through the cylinder 6. It shows a flow structure generated by inlet channels 2 in a cylinder 6 as normalized flow fields. The intake valves 4 are shown in their position relative to the cylinder 6. Furthermore, the engine longitudinal axis 114 'is located. The tumble axis 111 'is indicated as a vector arrow with an indicated direction of rotation. The measuring points i are arranged in a hexagonal lattice, so that the surface elements f f are all the same. The direction and magnitude of the angular velocities ω t in each surface element f t . is indicated by the slope and density of the hatching. Right-inclined hatching means downward flow, left-inclined hatching symbolizes an upward flow. The density of hatching is proportional to the size of the velocity. In the region of the longitudinal axis 114 ', the lowest flow velocity prevails, which is represented by scarfless hexagonal surface elements /. The calculated flow profile shown in FIG. 13 corresponds to the tumble flow T shown in FIG. 12 according to the intake flow E.
Zur Veranschaulichung sind in Fig. 13 nur 37 Messpunkte pro Messebene eingetragen. Um reproduzierbare Messergebnisse zu erhalten, sollten in der Praxis allerdings mindestens 200 Messpunkte je Messebene verwendet werden.To illustrate, only 37 measuring points per measuring level are entered in FIG. In order to obtain reproducible measurement results, however, in practice at least 200 measuring points per measuring level should be used.
Zum Erreichen der genannten hohen Tumble-Zahlen zwischen 1,2 und 2 sind mehrere Faktoren ausschlaggebend:To reach the mentioned high tumble numbers between 1.2 and 2 several factors are decisive:
Beide Einlasskanäle 2 sind tumbleerzeugend ausgebildet und weisen eine derartige Kanalgestaltung auf, dass die Winkel φ der Hauptströmungsrichtungen 40 der über die Einlassventile 4 in den Brennraum 5 strömenden Teilströme E zur durch die Zylinderachsen 6a aufgespannten Längsebene 6b durch die Formgebung der Einlasskanäle 2 bestimmt sind. Die Achse 2 ' jedes Einlasskanales 2 schließt, zumindest knapp vor dem Einlassventil 4, mit der Achse 4b des Einlass- ventiles 4 einen spitzen Winkel p ein. Die Hauptströmungsrichtungen 40 der beiden Teilströme E schließen mit der Längsebene 6b den gleichen spitzen Winkel v ein, wobei die Einlasskanäle 2 - in Richtung der Längsebene 6b betrachtet - deckungsgleich ausgebildet sein können. Die Winkel p und v sind bevorzugt größer als 10°. Die Einlasskanäle können somit im Wesentlichen gespiegelt (gleich) gestaltet sein.Both inlet channels 2 are formed tumbleerzeugend and have such a channel design that the angle φ of the main flow directions 40 of the flowing through the inlet valves 4 into the combustion chamber 5 partial flows E for defined by the cylinder axes 6a longitudinal plane 6b determined by the shape of the inlet channels 2. The axis 2 'of each inlet channel 2 includes, at least just in front of the inlet valve 4, an acute angle p with the axis 4b of the inlet valve 4. The main flow directions 40 of the two partial flows E close with the longitudinal plane 6b the same acute angle v, wherein the inlet channels 2 - viewed in the direction of the longitudinal plane 6b - may be formed congruent. The angles p and v are preferably greater than 10 °. The inlet channels can thus be essentially mirrored (equal).
Die Tumble-Bewegung T strömt auf der den Einlassventilen 4 gegenüberliegenden Seite innerhalb eines Zylindersegmentes von der Brennraumdeckfläche 8 in Richtung des Kolbens 7. Das Zylindersegment erstreckt sich über einen Winkel δ<180°, der vorzugsweise zwischen 60° und 120° beträgt (Fig. 13). Eine weitere Erhöhung der Ladungsbewegung lässt sich durch eine konische Gestaltung des Einlasskanals 2 erreichen, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist. Der Einlasskanal 2 ist dabei zwischen einem ersten Querschnitt 21 im Bereich des Einlasskanalflansches und einem zweiten Querschnitt im Bereich einer Abrisskante 23 mit sich verjüngender Querschnittfläche A ausgebildet. Die Querschnittfläche A ist in Fig. 7 entlang der Einlasskanalachse x aufgetragen. Aus dem Diagramm geht hervor, dass im Bereich 22 des engsten Querschnittes der Durchflussquerschnitt A nur mehr zwischen 65% und 90% der Querschnittsfläche A im Bereich der Einlassflanschfläche 21 beträgt. Der Bereich 22 ergibt sich durch den Schnittpunkt einer normal auf die Kanalmittellinie gebildeten Schnittebene an der Stelle der Abrisskante 23 mit der Kanalmittellinie. Bis in den Bereich 22 ist der Einlasskanal 2 somit düsenartig verengt.The tumble motion T flows on the side opposite the inlet valves 4 side within a cylinder segment of the combustion chamber cover surface 8 in the direction of the piston 7. The cylinder segment extends over an angle δ <180 °, which is preferably between 60 ° and 120 ° (Fig. 13). A further increase in the charge movement can be achieved by a conical design of the inlet channel 2, as shown in Figures 6 and 7. In this case, the inlet channel 2 is formed between a first cross-section 21 in the region of the inlet channel flange and a second cross-section in the region of a tear-off edge 23 with a tapering cross-sectional area A. The cross-sectional area A is plotted along the inlet channel axis x in FIG. It can be seen from the diagram that in the region 22 of the narrowest cross-section the flow cross-section A is only between 65% and 90% of the cross-sectional area A in the region of the inlet flange surface 21. The region 22 results from the intersection of a cutting plane formed normally on the channel centerline at the location of the tear-off edge 23 with the channel centerline. Up to the area 22, the inlet channel 2 is thus narrowed like a nozzle.
Die Strömungsabrisskante 23 ist durch eine Verschneidung des im Wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles 2a des Einlasskanals 2 mit einem konischen, sich in Strömungsrichtung erweiternden Wandabschnitt 2b im Bereich des Ventilsitzringes 24 gebildet. Der konische Wandbereich 2b ist durch einen konischen oder gestuft konischen Kontrollfräser 25 gebildet. Der Kontrollfräser 25 kann dabei einen zylindrischen und konischen Bereich aufweisen. Er kann auch einen abgerundeten Mantelbereich aufweisen, der in den konischen Bereich übergeht. Es ist auch möglich, dass der Kontrollfräser 25 - im Profil betrachtet - einen Bereich mit einem kleinen Radius aufweist, der in einen Bereich mit einem größeren Radius übergeht. Der Bereich mit dem größeren Radius formt somit einen Konus mit gekrümmten Mantelflächen.The flow separation edge 23 is formed by an intersection of the substantially continuously extending inlet part 2 a of the inlet channel 2 with a conical wall section 2 b expanding in the flow direction in the region of the valve seat ring 24. The conical wall region 2b is formed by a conical or stepped conical control cutter 25. The control cutter 25 can have a cylindrical and conical region. It may also have a rounded skirt area which merges into the conical area. It is also possible that the inspection cutter 25 - viewed in profile - has an area with a small radius, which merges into an area with a larger radius. The area with the larger radius thus forms a cone with curved lateral surfaces.
Der durch die äußersten Strahlmittellinien 15' aufgespannte erste Strahlwinkel ß beträgt - in einer Vorderansicht gemäß dem Pfeil III in Fig. 2 betrachtet - etwa zwischen 50° bis 60°. In einer Seitenansicht gemäß Fig. 5 beträgt der durch die Mittellinien 15a' und 15b' der äußersten oberen und unteren Einspritzstrahlen 15a, 15b aufgespannte zweite Strahlwinkel γ etwa30° bis 40°.The spanned by the outermost beam center lines 15 'first beam angle ß is - viewed in a front view according to the arrow III in Fig. 2 - approximately between 50 ° to 60 °. In a side view according to FIG. 5, the second beam angle γ defined by the center lines 15a 'and 15b' of the outermost upper and lower injection jets 15a, 15b is approximately 30 ° to 40 °.
Durch die beschriebene Gestaltung der Einspritzeinrichtung 10 wird verhindert, dass einzelne Kraftstoffstrahlen 15 direkt auf den Zylinder 6 auftreffen und das Schmieröl verdünnen. Weiters wird eine exzessive Beaufschlagung der Oberfläche des Kolbens 7 verhindert, welche zur Rauchbildung führen würde. Durch die spezielle Kombination der Ladungsbewegung, der Injektorgeometrie, sowie Optimierung von steuerungstechnischen Parametern, wie Einspritzdruck und Einspritzzeitpunkt, lässt sich die Ölverdünnung auf das Niveau von saugrohrein- spritzenden Brennkraftmaschinen absenken.By the described design of the injector 10 prevents individual fuel jets 15 impinge directly on the cylinder 6 and dilute the lubricating oil. Furthermore, an excessive loading of the surface of the piston 7 is prevented, which would lead to the formation of smoke. Due to the special combination of charge movement, injector geometry and optimization of control parameters, such as injection pressure and time of injection, the oil dilution can be reduced to the level of intake manifold-injecting internal combustion engines.
Weiters lässt sich durch Kombination des Injektors 10 mit einem geeigneten Kolben 7 erreichen, dass während der Aufheizphase des Katalysators mit Doppelein- spritzung gefahren werden kann. Ein geeigneter Kolben 7 weist beispielsweise eine tropfenförmige Kolbenmulde auf, wie etwa in der EP 1 362 996 Al beschrieben ist, welche durch Referenz in die Anmeldung eingeführt wird.Furthermore, it can be achieved by combining the injector 10 with a suitable piston 7 that during the heating phase of the catalyst with double Einein- spraying can be driven. A suitable piston 7 has, for example, a teardrop-shaped piston recess, as described for example in EP 1 362 996 A1, which is incorporated by reference into the application.
Die Figuren 8 und 9 zeigen die zweimalige Einspritzung. Fig. 8 zeigt eine erste Einspritzung während eines Einlasstaktes, Fig. 9 eine zweite Einspritzung während des Verdichtungstaktes 20° bis 70° vor dem oberen Totpunkt der Zündung.Figures 8 and 9 show the two-time injection. Fig. 8 shows a first injection during an intake stroke, Fig. 9 shows a second injection during the compression stroke 20 ° to 70 ° before the top dead center of the ignition.
Durch teilweise Benetzung des Einlassventiltellers während einer Einspritzung lässt sich eine Interaktion von Einlassventil 4 und Kraftstoffstrahl 15 erreichen, wie in Fig. 12 und Fig. 13 angedeutet ist. Die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen 15 der zweiten Seite 14 schneiden den Ventilteller 4a zumindest eines geöffneten Einlassventils 4 ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8-fachen des maximalen Ventilhubes in einem Bereich 43 der Umfangslinie des Ventiltellers 4a, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt.By partially wetting the inlet valve disk during an injection, an interaction of inlet valve 4 and fuel jet 15 can be achieved, as indicated in FIGS. 12 and 13. The theoretical jet shape of the injection jets 15 of the second side 14 intersect the valve disk 4 a of at least one open inlet valve 4 from a valve opening between 0.5 to 0.9 times, preferably between 0.6 and 0.8 times the maximum Ventilhubes in a region 43 of the circumferential line of the valve disk 4a, which is one-third to one-sixth of the circumference.
Durch die beschriebenen Maßnahmen stellt sich im Bereich der Zündeinrichtung 9 ein leicht fettes Gemisch ein, während im gesamten Brennraum ein leicht mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt. Bei Optimierung von Betriebsparametern, wie Steuerzeiten, Einspritzzeitpunkten und Einspritzaufteilung lassen sich die Kohlenwasserstoffrohemissionen um bis zu 50% absenken. Dies ermöglicht es wiederum, einen kostengünstigeren Katalysator zu verwenden, welcher weiter entfernt von der Brennkraftmaschine positioniert werden kann, wodurch der An- fettungsbedarf sinkt. Dies ermöglicht es, extrem niedrige Emissionsstufen ohne weitere Maßnahmen, wie zum Beispiel variable Ladungsbewegung zu erzielen.As a result of the measures described, a slightly rich mixture arises in the area of the ignition device 9, while a slightly lean air-fuel ratio is present in the entire combustion chamber. By optimizing operating parameters such as timing, injection timing and injection sharing, hydrocarbon raw emissions can be reduced by up to 50%. This, in turn, makes it possible to use a less expensive catalyst which can be positioned farther away from the internal combustion engine, thereby reducing the need for greasing. This makes it possible to achieve extremely low emission levels without further measures, such as variable charge movement.
Die hohe Ladungsbewegung erlaubt an der Teillast den Betrieb mit hoher interner oder externer Abgasrückführung. Dadurch lässt sich der spezifische Kraftstoffverbrauch absenken. Wiederum ist keine Zusatzmaßnahme wie variable Ladungsbewegung nötig. Durch Auslassmaskierung lässt sich ohne zusätzliche Bauteile sogar eine variable Ladungsbewegung integrieren.The high charge movement allows operation at high partial load with high internal or external exhaust gas recirculation. This reduces the specific fuel consumption. Again, no additional measure such as variable charge movement is necessary. Exhaust masking allows even a variable charge motion to be integrated without additional components.
Die Brennkraftmaschine 101 weist einen Einlassstrang 102, einen Abgasstrang 103 und einen Abgasturbolader 104 mit einer Turbine 105 im Abgasstrang 103 und einem Verdichter 106 im Einlassstrang 102 auf.The internal combustion engine 101 has an intake line 102, an exhaust line 103 and an exhaust gas turbocharger 104 with a turbine 105 in the exhaust line 103 and a compressor 106 in the intake line 102.
Um Abgas im gesamten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 101 rückführen zu können, ist ein externes Abgasrückführsystem 107 mit einer Abgasrückführ- ieitung 108 zwischen dem Abgasstrang 103 und dem Einlassstrang 102 vorgesehen, welche stromabwärts der Turbine 105 und stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 109 vom Abgasstrang 103 abzweigt und stromaufwärts der Turbine 106 in den Einlassstrang 102 einmündet. In der Abgasrückführlei- tung 108 ist ein Abgaskühler 110 und ein Abgasrückführventil 111 angeordnet. Die Abgasrückführleitung 108 mündet stromabwärts eines Luftfilters 112 in den Einlassstrang 102 ein.In order to be able to recirculate exhaust gas in the entire operating range of the internal combustion engine 101, an external exhaust gas recirculation system 107 is provided with an exhaust gas recirculation line 108 between the exhaust line 103 and the intake line 102, which branches off from the exhaust line 103 upstream of the turbine 105 and downstream of an exhaust aftertreatment device 109 and upstream of the exhaust line 103 Turbine 106 opens into the intake manifold 102. In the exhaust gas recirculation tion 108, an exhaust gas cooler 110 and an exhaust gas recirculation valve 111 is arranged. The exhaust gas recirculation line 108 enters the intake line 102 downstream of an air filter 112.
Stromaufwärts des Verdichters 106 ist ein Ladeluftkühler 113 und ein Drosselorgan 114 im Einlassstrang 102 vorgesehen.Upstream of the compressor 106, an intercooler 113 and a throttle 114 is provided in the intake line 102.
Die Brennkraftmaschine 101 weist weiters ein nicht weiter dargestelltes internes Abgassystem auf, welches durch eine variable Ventilbetätigungseinrichtung gebildet sein kann. Die variable Ventilbetätigungseinrichtung kann beispielsweise auf der Einlass- und/oder Auslassnockenwelle angeordnete Phasenschieber aufweisen, welche die Steuerzeiten der Ein- und Auslassventile verstellen. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Änderung des Ventilhubprofils, beispielsweise durch eine mehrstufige, kontinuierliche, elektromechanische oder elektrohydrau- lische Ventilhubverstelleinrichtung erfolgen.The internal combustion engine 101 further includes an internal exhaust system, not further shown, which may be formed by a variable valve actuation device. The variable valve actuation device can, for example, have phase shifters arranged on the intake and / or exhaust camshaft which adjust the timing of the intake and exhaust valves. Alternatively or additionally, a change in the valve lift profile, for example, by a multi-stage, continuous, electro-mechanical or electrohydraulic valve lift can be done.
In Rg. 21 ist die Last L' über der Drehzahl n aufgetragen. Im unteren und mittleren Betriebsbereich A wird interne Abgasrückführung durchgeführt. Im mittleren und oberen Betriebsbereich B wird sowohl interne als auch externe Abgasrückführung durchgeführt, um hohe Abgasrückführmengen zu ermöglichen. Das Bezugszeichen C bezeichnet einen Volllastbereich mit externer Abgasrückführung.In FIG. 21, the load L 'is plotted against the rotational speed n. In the lower and middle operating range A internal exhaust gas recirculation is carried out. In the middle and upper operating range B, both internal and external exhaust gas recirculation is carried out in order to allow high exhaust gas recirculation quantities. The reference character C denotes a full load range with external exhaust gas recirculation.
Mittels des als Niederdrucksystem ausgebildeten externen Abgasrückführsystems 107 kann auch im oberen Lastbereich B und C externe Abgasrückführung durchgeführt werden. Dabei wird das Abgas nach der Turbine 105 und nach einer beispielsweise durch einen Katalysator oder einem Partikelfilter gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung 109 entnommen, gekühlt und vor dem Verdichter 106 dem Einlassstrang 102 zugeführt. Durch die externe Abgasrückführung kann die Abgasrückführmenge zusätzlich zur internen Abgasrückführrate um bis zu 15% erhöht werden. Das Gemisch aus Abgas und Frischluft wird zusätzlich über den Ladeluftkühler 113 geführt.By means of the external exhaust gas recirculation system 107 designed as a low pressure system, external exhaust gas recirculation can also be carried out in the upper load range B and C. In this case, the exhaust gas is removed after the turbine 105 and after an exhaust gas aftertreatment device 109 formed, for example, by a catalytic converter or a particle filter, cooled and fed to the inlet line 102 before the compressor 106. Due to the external exhaust gas recirculation, the exhaust gas recirculation quantity can be increased by up to 15% in addition to the internal exhaust gas recirculation rate. The mixture of exhaust gas and fresh air is additionally guided via the intercooler 113.
Da nun aber ein großes Volumen mit Luft/Abgas-Gemisch gefüllt ist, ist das Transientverhalten der Brennkraftmaschine 101 insbesondere bei schnellem Absenken der Last L auf fast Nulllast sehr schlecht. Die Brennkraftmaschine 101 toleriert bei kleinen Lasten L nur wenig rückgeführtes Abgas, bekommt aber aufgrund des großen mit Luft/Abgas-Gemisch gefüllten Volumens im Einlassstrang 102 noch einige Arbeitszyklen lang relativ viel Abgas zugeführt.Since, however, a large volume is filled with air / exhaust gas mixture, the transient behavior of the internal combustion engine 101 is very poor, in particular with a rapid lowering of the load L to almost zero load. The internal combustion engine 101 tolerates only a small amount of recirculated exhaust gas at low loads L, but due to the large volume filled with air / exhaust gas mixture in the intake line 102 is still supplied with a relatively large amount of exhaust gas for a few work cycles.
Eine Steuerungsstrategie für Brennkraftmaschinen 101 mit Abgasturbolader 104 ist beispielsweise in Fig. 22 dargestellt, wobei Last L1, Sollwert für externe Abgas- rückführung AGRext,s, der Istwert für externe Abgasrückführmenge AGRext,i und die interne Abgasrückführmenge AGRint über der Zeit t aufgetragen sind.A control strategy for internal combustion engines 101 with turbocharger 104 is shown for example in FIG. 22, where load L 1 , setpoint for external exhaust gas feedback AGR ext , s, the actual value for external exhaust gas recirculation amount AGR ext , i and the internal exhaust gas recirculation amount AGR int are plotted against the time t.
Bei negativem Lastsprung von Hochiast auf sehr niedrige Last L wird die für einige Zyklen zu hohe externe Abgasrückführrate AGRext,i durch Verstellung der Steuerzeiten in Richtung niedrigerer interner Abgasrückführrate AGRint ausgeglichen. Dazu kann beispielsweise für einige Zyklen von großer Ventilüberschneidung auf kleine Ventilüberschneidung gewechselt werden. Wenn das Volumen, das mit Abgas/Luft-Gemisch gefüllt ist, aufgebraucht ist, wird wieder interne Abgasrückführung durchgeführt. Durch Ändern der internen Abgasrückführmengen AGRjnt kann somit eine Kompensation des Füll- und Entleerverhaltens des externen Abgasrückführsystems 107 erreicht werden.With a negative load jump from high-load to very low load L, the external exhaust gas recirculation rate AGR ext , i, which is too high for a few cycles, is compensated for by adjusting the control times in the direction of lower internal exhaust gas recirculation rate AGR int . This can be done, for example, for a few cycles of large valve overlap on small valve overlap. When the volume filled with the exhaust gas / air mixture is used up, internal exhaust gas recirculation is again carried out. By changing the internal exhaust gas recirculation quantities AGRj nt , a compensation of the filling and emptying behavior of the external exhaust gas recirculation system 107 can thus be achieved.
Die Regelung der internen und externen Abgasrückführung erfolgt über ein nicht weiter dargestelltes Motorsteuergerät derart, dass die gesamte Abgasrückführrate in der Brennkraftmaschine 101, welche sich aus interner Abgasrückführrate, Leersaugen eines mit Abgas/Luft-Gemisch gefüllten Volumens und externer Abgasrückführrate zusammensetzt, unabhängig vom Betriebszustand dem in einem Kennfeld abgelegten oder von einem Modell berechneten Wert entspricht, bzw. den zur Erzielung des Bestverbrauches bzw. der Bestemissionen entsprechenden Abgasrückführmengen entspricht.The regulation of the internal and external exhaust gas recirculation via a not further shown engine control unit such that the total exhaust gas recirculation rate in the internal combustion engine 101, which is composed of internal exhaust gas recirculation rate, empty suction filled with exhaust gas / air mixture volume and external exhaust gas recirculation rate, regardless of the operating state corresponds to a value stored in a map or calculated by a model, or corresponds to the exhaust gas recirculation quantities corresponding to the best consumption or the best emissions.
Im Motorsteuergerät sind dazu die optimalen Abgasrückführraten für jeden Betriebspunkt abgelegt. Mit geeigneten Sensoren wird die Abgasrückführmenge ständig überwacht. Im Falle eines plötzlichen negativen Lastsprunges ist der Istwert der externen rückgeführten Abgasmenge AGRext,i zu groß. Um diesen Über- schuss im Dynamikfall zu kompensieren, wird die interne Abgasmenge AGRint vermindert, bis der Istwert der externen Abgasmenge AGRext,i dem Sollwert AGRext,s entspricht, wie in Fig. 20 dargestellt ist.The engine control unit stores the optimum exhaust gas recirculation rates for each operating point. With suitable sensors, the exhaust gas recirculation quantity is constantly monitored. In the case of a sudden negative load step, the actual value of the external recirculated exhaust gas quantity AGR ext , i is too large. In order to compensate for this excess in the dynamic case, the internal exhaust gas amount AGR int is reduced until the actual value of the external exhaust gas quantity AGR ext , i corresponds to the setpoint AGR ex t, s, as shown in FIG.
Brennkraftmaschinen mit Abgasturbolader 104 weisen häufig variable Ventilbetätigungseinrichtungen auf, um den Restgasgehalt im Zylinder regeln zu können.Internal combustion engines with exhaust gas turbocharger 104 often have variable valve actuation devices in order to be able to control the residual gas content in the cylinder.
Die Kompensation des Füll- und Entleerverhaltens des Ladeluftkühlers und der Rohre des Einlassstranges 102 durch Verstellen der Steuerzeiten hin zu niedrigerer interner Abgasrückführrate kann durch folgende Maßnahmen erreicht werden:The compensation of the filling and emptying behavior of the intercooler and the pipes of the intake manifold 102 by adjusting the timing to lower internal exhaust gas recirculation rate can be achieved by the following measures:
- Verdrehen des einlassseitigen Phasenschiebers Richtung spät;- turning the inlet-side phase shifter in the direction of late;
- Verdrehen des auslassseitigen Phasenschieber Richtung früh; - Verdrehen beider Phasenschieber so, dass kleinere Überschneidungen entstehen.- Turning the exhaust side phase shifter in the direction of early; - Twisting of both phase shifters so that smaller overlaps arise.
Weiters kann die Kompensation des Füll- und Entleerverhaltens durch solche Änderungen des Ventilhubprofils erreicht werden, dass kleinere interne Abgasrück- führraten entstehen. Dies kann geschehen durch :Furthermore, the compensation of the filling and emptying behavior can be achieved by such changes of the valve lift profile that smaller internal exhaust gas recirculation rates occur. This can be done by:
- zwei oder mehrstufige Ventilhubumschaltung;- two or more stages valve lift switching;
- kontinuierliche Ventilhubverstellung;- Continuous valve lift adjustment;
- elektromechanische Ventilhubsteuerung;- electromechanical valve lift control;
- elektrohydraulische Ventilhubverstellung.- electrohydraulic valve lift adjustment.
Eine Erhöhung der externen oder internen Abgasrückführrate kann durch zusätzliches Androsseln der Ansaugluft oder des Abgases durch Drosselorgane 114, 115 erfolgen.An increase in the external or internal exhaust gas recirculation rate can be achieved by additionally throttling the intake air or the exhaust gas through throttle elements 114, 115.
Die Steuerung der externen Abgasrückführrate erfolgt durch das Abgasrückführ- ventil 111 und/oder durch Androsseln auf der Saug- bzw. Abgasseite.The control of the external exhaust gas recirculation rate is performed by the exhaust gas recirculation valve 111 and / or by throttling on the suction or exhaust side.
Eine weitere Kompensation des Füll- und Entleerverhaltens des externen gekühlten Abgasrückführsystems 107 kann mittels einer Umgehungsleitung 116 für den Verdichter 106 erfolgen, wie in Fig. 17 gezeigt ist. An der Teillast (nach einem negativen Lastsprung) bzw. unterhalb jener Schwelle, bei der externe Abgasrückführung betrieben wird, wird die Umgehungsleitung 116 über ein erstes Absperrorgan 117 geöffnet. Dadurch wird das große, mit Luft/Abgas-Gemisch gefüllte Volumen des Verdichters 106 und des Ladeluftkühlers 113 umgangen.Further compensation for the filling and emptying behavior of the external cooled exhaust gas recirculation system 107 may be accomplished by means of a bypass line 116 for the compressor 106, as shown in FIG. 17. At the partial load (after a negative load step) or below that threshold at which external exhaust gas recirculation is operated, the bypass line 116 is opened via a first shut-off device 117. As a result, the large volume of the compressor 106 and of the charge air cooler 113 filled with air / exhaust gas mixture is bypassed.
Das nach einem negativen Lastsprung durchzusaugende Volumen mit Luft/Abgas-Gemisch wird dadurch drastisch reduziert. Für die nächste Hochlastphase steht bereits wieder Luft/Abgas-Gemisch zur Verfügung.The durchzusaugende after a negative load jump volume with air / exhaust gas mixture is thereby drastically reduced. Air / exhaust gas mixture is already available for the next high-load phase.
Gegebenenfalls kann im Einlassstrang 102 stromabwärts des Ladeluftkühlers 113 ein zweites Absperrorgan 118 angeordnet sein. Die Absperrorgane 117, 118 können druck- oder unterdruckgesteuert sein oder elektrisch betätigt werden.If appropriate, a second shut-off device 118 may be arranged in the inlet line 102 downstream of the charge air cooler 113. The shut-off devices 117, 118 may be pressure or vacuum controlled or electrically operated.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Transientverhaltens (insbesondere bei positiven Lastwechsel aus niedriger Last) ist in Fig. 18 dargestellt. Insbesondere bei Abgasrückführraten deutlich über 10% kann es hilfreich sein, den Ladeluftkühler 113 und den Hauptströmungsweg 102a zwischen dem Verdichter 106 und dem Ladeluftkühler 113 mit Frischluft zu spülen. Dazu ist eine Spülleitung 119 zwischen Einlassstrang 102 und Abgasstrang 103 vorgesehen, welche stromabwärts des Ladeluftkühlers 113 und stromaufwärts des Absperrorgans 118 vom Einlassstrang 102 abzweigt und stromabwärts der Turbine 105 und stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 109 in den Abgasstrang 103 einmündet. In der Spülleitung 119 ist ein weiteres Absperrorgan 120 vorgesehen.Another possibility for improving the transient behavior (in particular with positive load changes from low load) is shown in FIG. In particular, at exhaust gas recirculation rates well above 10%, it may be helpful to flush the charge air cooler 113 and the main flow path 102a between the compressor 106 and the charge air cooler 113 with fresh air. For this purpose, a purge line 119 is provided between inlet branch 102 and exhaust line 103, which downstream of the charge air cooler 113 and upstream of the obturator 118 branches off from the intake manifold 102 and downstream of the turbine 105 and upstream of the exhaust aftertreatment device 109 into the exhaust line 103 opens. In the purge line 119, a further obturator 120 is provided.
Die Brennkraftmaschine 101 saugt Frischluft über die Umgehungsleitung 116 des Verdichters 106. Der Ladeluftkühler 113 und der Hauptströmungsweg 102a werden in dieser Zeit gespült. Das Luft/Abgas-Gemisch wird an der Brennkraftmaschine 101 vorbei vor die Abgasnachbehandlungseinrichtung 109 geführt.The engine 101 draws fresh air via the bypass line 116 of the compressor 106. The charge air cooler 113 and the main flow path 102a are purged during this time. The air / exhaust gas mixture is guided past the internal combustion engine 101 in front of the exhaust gas aftertreatment device 109.
Fig. 19 und Fig. 20 zeigen Ausführungen, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen nur der Ladeluftkühler 113 mit der Umgehungsleitung 116 umgangen wird. Mit Bezugszeichen 116a und 116b sind Schaltorgane an der Abzweigung und Einmündung der Umgehungsleitung 116 bezeichnet, welche den Ladeluftstrom entsprechend aufteilen. Der Verdichter 106 unterstützt dabei den Ausspülvorgang des Abgas/Luft-Gemisches aus dem Ladeluftkühler 113.FIGS. 19 and 20 show embodiments, in particular for diesel internal combustion engines, in which only the intercooler 113 with the bypass line 116 is bypassed. Denoted by reference numerals 116a and 116b are switching members at the branch and the mouth of the bypass line 116, which divide the charge air flow accordingly. The compressor 106 supports the flushing of the exhaust gas / air mixture from the intercooler 113th
In Fig. 20 ist weiters ein Hochdruck-Abgasrückführsystem 107a mit einer Hoch- druck-Abgasrückführleitung 108a und einem Abgasrückführventil lila vorgesehen, um im Warmlauf für eine kurze Zeit Abgas vom Auslasssammler 103a direkt in den Einlasssammler 102b rückzuführen.20, a high-pressure exhaust gas recirculation system 107a is provided with a high-pressure exhaust gas recirculation line 108a and an exhaust gas recirculation valve lil to return exhaust gas from the exhaust header 103a directly to the inlet header 102b during warm-up for a short time.
Fig. 23 zeigt einen Zylinderkopf 201 in einer brennraumseitigen Ansicht auf den Zylinderkopfboden 202 eines Zylinders 203. Pro Zylinder 203 münden in den Brennraum 210 zwei Einlassöffnungen 204, 205 und zwei Auslassöffnungen 206, 207 ein. Über die Einlassöffnungen 204, 205 ist der Brennraum mit Einlasskanälen 204b, 205b und über die Auslassöffnungen 206, 207 mit Auslasskanälen 206b, 207b verbunden. Die Einlassöffnungen 204, 205 bzw. die Auslassöffnungen 206, 207 werden jeweils durch ein Einlassventil 204a, 205a bzw. Auslassventil 206a, 207a gesteuert. Der Brennraum 210 wird durch die dachförmige Brennraumdeckfläche 211 und den Kolben 212, sowie den Zylinder 203 begrenzt.FIG. 23 shows a cylinder head 201 in a view on the combustion chamber side of the cylinder head bottom 202 of a cylinder 203. For each cylinder 203, two inlet openings 204, 205 and two outlet openings 206, 207 open into the combustion chamber 210. Via the inlet openings 204, 205, the combustion chamber is connected to inlet channels 204b, 205b and via the outlet openings 206, 207 to outlet channels 206b, 207b. The inlet openings 204, 205 and the outlet openings 206, 207 are respectively controlled by an inlet valve 204a, 205a and outlet valve 206a, 207a. The combustion chamber 210 is bounded by the roof-shaped combustion chamber cover surface 211 and the piston 212, as well as the cylinder 203.
Insbesondere bei Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kann zur Verbesserung des Verbrauches eine interne Abgasrückführung durchgeführt werden. Diese interne Abgasrückführung wird realisiert, indem anschließend an den Auslasstakt im Bereich des oberen Totpunktes OTW des Ladungswechsels Abgas aus den Auslasskanälen 206b, 207b in den Brennraum 210 zurückgesaugt wird. Zur Verbesserung der Brennbedingungen und der Emissionen ist dabei eine hohe Tumbleströmung im Brennraum 210 wünschenswert. Diese Tumbleströmung SA wird durch gleiche Schließzeitpunkte der beiden Auslassventile 206a, 207a er- zieit. Eine wesentliche Erhöhung der Tumbleströmung kann durch eine Maskierung 208 um die beiden Auslassöffnungen 206, 207, und zwar auf der den Einlassöffnungen 204, 205 zugewandten Seite, erreicht werden. Die Maskierungen 208 weisen jeweils einen Umschlingungswinkel α von etwa 120° bis 180° um den Mittelpunkt 206', 207' der jeweiligen Auslassöffnung 206, 207 auf. Die Höhe der Maskierung 208 beträgt etwa 1 mm bis 4 mm - gemessen bis zur halben Höhe h des Ventiltellerrandes 206b. Der Abstand a zwischen Maskierung 208 und Ventiltellerrand 206b beträgt etwa 0,3 mm bis 0,7 mm.In particular, at partial load operation of the internal combustion engine can be carried out to improve the consumption of an internal exhaust gas recirculation. This internal exhaust gas recirculation is realized by exhaust gas from the outlet channels 206b, 207b is sucked back into the combustion chamber 210 subsequent to the exhaust stroke in the region of top dead center OTW of the charge cycle. To improve the firing conditions and emissions, a high tumble flow in the combustion chamber 210 is desirable. This tumble flow S A is replaced by the same closing timings of the two exhaust valves 206a, 207a zieit. A substantial increase in the tumble flow can be achieved by a mask 208 around the two outlet openings 206, 207, on the side facing the inlet openings 204, 205. The masks 208 each have a wrapping angle α of about 120 ° to 180 ° about the center 206 ', 207' of the respective outlet opening 206, 207. The height of the mask 208 is about 1 mm to 4 mm - measured to half the height h of the valve plate edge 206b. The distance a between the mask 208 and the valve disc rim 206b is about 0.3 mm to 0.7 mm.
Wesentlich ist, dass die Tumbleströmung SA zufolge des rückgeführten Abgases die gleiche Orientierung aufweist, wie die Tumbleströmung SE der in den Brennraum 210 durch die Einlassöffnungen 204, 205 einströmende Luft bzw. das einströmenden Luft-Kraftstoff-Gemisch. Die Maskierung 208 kann durch einen Vorsprung V (Fig. 24) oder eine Vertiefung T der Brennraumdeckfläche 211 (Fig. 25, 26) gebildet sein. Die Vertiefung T ist dabei jeweils konzentrisch zur Einlassöffnung 204, 205 ausgebildet.It is essential that the Tumbleströmung S A according to the recirculated exhaust gas has the same orientation as the Tumbleströmung S E in the combustion chamber 210 through the inlet openings 204, 205 incoming air or the incoming air-fuel mixture. The masking 208 may be formed by a projection V (FIG. 24) or a recess T of the combustion chamber cover surface 211 (FIGS. 25, 26). The depression T is in each case formed concentrically with the inlet opening 204, 205.
Fig. 25 zeigt eine Vertiefung T mit konstanter Tiefe HM, Fig. 26 eine Vertiefung T, welche gegenüber der Maskierung 208 in die Brennraumdeckfläche 211 ausläuft und deren tiefste Stelle im Bereich der Maskierung 208' ausgeprägt ist.FIG. 25 shows a depression T with a constant depth HM, FIG. 26 a depression T, which runs out from the masking 208 into the combustion chamber cover surface 211 and whose deepest point in the region of the mask 208 'is pronounced.
Fig. 28 zeigt ein Ventilhub H-Kurbelwinkel KW-Diagramm, wobei die Ventilhubkurve der Einlassventile 204a, 205a mit E bezeichnet ist. Mit A ist die Ventilerhebungskurven der Auslassventile 206, 207 bezeichnet.FIG. 28 shows a valve lift H-crank angle KW diagram, wherein the valve lift curve of the intake valves 204a, 205a is designated by E. A denotes the valve lift curves of the exhaust valves 206, 207.
Dadurch, dass die Maskierung 208 auf der den Einlassventilen 204, 205 zu gewandten Seite vorgesehen ist, entsteht - bei gleicher Steuerzeit der Auslassventile 206, 207 - ein Tumble EA durch die rückströmenden Abgase, der gleichsinnig mit dem später folgenden Einlass-Tumble (bei symmetrisch ausgeführten Einlasskanälen 204b, 205b) dreht.Due to the fact that the masking 208 is provided on the side facing the inlet valves 204, 205, a tumble E A is produced by the backflowing exhaust gases, which are in the same direction as the later following inlet tumble (at the same control time of the outlet valves 206, 207) symmetrically designed inlet channels 204b, 205b) rotates.
Um höhere rückgeführte Abgasmengen zu erreichen, werden im Teillastbereich die Schließzeitpunkte As der beiden Auslassventile 206, 207 und die Öffnungszeitpunkte Eö so weit nach spät verschoben, dass durch die Auslassöffnungen 206a, 207a zuerst angesaugt wird.In order to achieve higher amounts of recirculated exhaust gas, the closing times A s of the two exhaust valves 206, 207 and the opening times Eö are postponed so late in the partial load range that is sucked through the outlet openings 206a, 207a first.
Bei den beschriebenen Ausführungen werden bei Teillast die aus den für Ladungsverdünnung und Entdrosselung vorteilhaften Steuerzeiten erhaltenen Gas- Einströmphasen konsequent zur Erhöhung der Ladungsbewegung genutzt, speziell auch das der Frischladung zeitlich vorgelagerte Einströmen des Abgases aus dem Auslasskanal 206b, 207b. Dies wird durch die teilweise Maskierung 208 der Auslassventile 206a, 207a an Teilen der den Einlassventilen 204a, 205a zugewandten Umfangen erreicht, wodurch die von den Auslasskanälen 206b, 207b her einströmenden Abgasmassen eine eindeutige Strömungsrichtung SA; welche der Grundströmungsrichtung SE der Ladungsbewegung folgt, erteilt bekommt. Da das Rückeinströmen von Abgas nur im Bereich niedriger Ventilhübe H erfolgt, wie aus den Ventilsteuerzeiten (Fig. 28) ersichtlich, kann eine Einschränkung der Höhe HM der Maskierung 208 erfolgen, um die Durchflusskapazität des Auslasskanals 206b, 207b bei Volllastbetrieb nicht einzuschränken.In the described embodiments, at partial load, the gas inflow phases obtained from the control times which are advantageous for charge dilution and de-throttling are consistently used to increase the charge movement, in particular also the fresh charge upstream of the exhaust gas from the outlet duct 206b, 207b. This is accomplished by the partial masking 208 of the exhaust valves 206a, 207a on portions of the enclosure facing the inlet valves 204a, 205a, whereby the exhaust ports 206b, 207b incoming exhaust gas masses a unique flow direction S A; which follows the basic flow direction S E of the charge movement, granted. Since the backflow of exhaust gas occurs only in the region of low valve strokes H, as can be seen from the valve timing (FIG. 28), a limitation of the height HM of the mask 208 can be made so as not to restrict the flow capacity of the exhaust passage 206b, 207b under full load operation.
Da der Anteil des Abgases an der Gesamtladung ohne weiteres mehr als die Hälfte betragen kann, ergibt sich aus der Nutzung dieses Teilstromes SA ein deutlicher zusätzlicher Impuls für die Ladungsbewegung SE. Dieser Unterschied bewirkt, dass auf Schaltorgane zur Beeinflussung der Ladungsbewegung des Einlasskanals 204b, 205b verzichtet werden kann.Since the proportion of the exhaust gas to the total charge can readily be more than half, resulting from the use of this partial flow S A a significant additional impulse for the charge movement S E. This difference has the effect that switching elements for influencing the charge movement of the inlet channel 204b, 205b can be dispensed with.
Weiters wird der Ladungswechsel zudem auch bei Volllast vorteilhaft beeinflusst, speziell bei Saug- und Auflademotoren mit verstellbaren Aus- und/oder Einlassnockenwellen. Durch einstellbare große Ventilüberschneidungen wird eine möglichst weitgehende Ausspülung des Brennraumes 210 von Restgas erreicht. Dabei sollte der zur Spülung erforderliche Luftaufwand nicht zu groß werden, um ein übermäßiges Sauerstoffangebot bzw. Abkühlung des Abgases beim Turbomotor zu vermeiden. Bei konventionellen Brennkraftmaschinen kommt es aufgrund der typischen Gestaltung des Brennraumes 210 beim Spülen zu einem relativ großen Kurzschlussanteil an Spülluft oder, bei Motoren mit Saugrohreinspritzung, an Gemisch, welcher direkt in den Auslasstrakt gelangt, ohne die Spülung qualitativ zu beeinflussen. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine reduziert die gezielte Maskierung 208 der Auslassventile 206a, 207a dagegen den Kurzschlussanteil beim Spülen und der Spülwirkungsgrad wird verbessert, siehe Fig. 29 und Fig. 30.Furthermore, the charge cycle is also favorably influenced even at full load, especially for suction and supercharged engines with adjustable exhaust and / or intake camshafts. By adjustable large valve overlaps as far as possible rinsing of the combustion chamber 210 is achieved by residual gas. The amount of air required for rinsing should not be too great in order to avoid an excessive oxygen supply or cooling of the exhaust gas in the turbo engine. In conventional internal combustion engines due to the typical design of the combustion chamber 210 when flushing to a relatively large short circuit content of purge air or, in engines with intake manifold injection, to mixture which passes directly into the Auslasstrakt, without affecting the purge quality. On the other hand, in the internal combustion engine according to the present invention, the targeted masking 208 of the exhaust valves 206a, 207a reduces the short-circuiting ratio in purging, and the scavenging efficiency is improved, see FIGS. 29 and 30.
Die Gestaltung der Maskierung 208 kann bei unveränderter Anordnung der Ventile durch Auftrag auf eine vorhandene Brennraumkontur (Fig. 24) oder durch Rücksetzen der Auslassventile 206a, 207a und einer strömungsmäßigen Freistellung der Ventilteller an ihrer den Einlassventilen 204a, 205a abgewandte Seite mittels örtlich modifizierter Brennraumkontur (Fig. 25) erfolgen, als auch bei zum Beispiel durch Verschwenkung veränderter Anordnung der Auslassventile 206a, 207a, wodurch ein entsprechender Rückstand an der den Einlassventilen zugewandten Seite erreicht wird (Fig. 26).The design of the masking 208 can take place with an unchanged arrangement of the valves by application to an existing combustion chamber contour (FIG. 24) or by resetting the outlet valves 206a, 207a and a fluid-free release of the valve disk on its side facing away from the inlet valves 204a, 205a by means of locally modified combustion chamber contour (FIG. FIG. 25), as well as, for example, by pivoting a changed arrangement of the outlet valves 206a, 207a, whereby a corresponding residue is achieved on the side facing the inlet valves (FIG. 26).
Ein Zylinderkopf 301 weist zumindest einen Einlasskanal 302 auf, welcher über eine Einlassöffnung 303 in einem Brennraumdach 304 mündet. Um eine einzige Zylinderkopfform sowohl für Saug- als auch für aufgeladene Brennkraftmaschinen einsetzen zu können, wird ein Rohkanal 305 mit minimalem Querschnitt mit dem Zylinderkopf 301 mitgegossen. Der der Zylinderkopfdichtebene 306 nächst- gelegene, durch den Bodenbereich 305a des Rohkanals 305 gebildete erste Wandbereich A' ist so gestaltet, dass er den geometrischen Anforderungen eines Füllungskanals 307 entspricht. Der zweite Wandbereich B', welcher durch den bezüglich der Zylinderkopfdichtebene 306 entfernt liegenden Deckenbereich 305b, sowie durch die Seitenwände des Rohkanals 305 gebildet ist, ist dagegen so gestaltet, dass er den Anforderungen eines Hochtumble-Kanals 308 genügt.A cylinder head 301 has at least one inlet channel 302, which opens into a combustion chamber roof 304 via an inlet opening 303. In order to use a single cylinder head shape both for suction and for supercharged internal combustion engines, a raw channel 305 is minimally cast with the cylinder head 301 with a minimum cross section. The cylinder head density plane 306 next located, formed by the bottom portion 305a of the raw channel 305 first wall portion A 'is designed so that it corresponds to the geometric requirements of a filling channel 307. On the other hand, the second wall portion B 'formed by the ceiling portion 305b remote from the cylinder head sealing plane 306 and the side walls of the raw passage 305 is designed to meet the requirements of a high tumble channel 308.
Je nachdem, ob der Zylinderkopf 301 für eine Saug-Brennkraftmaschine oder für eine aufgeladene Brennkraftmaschine gedacht ist, wird der erste Wandbereich A' oder der zweite Wandbereich B' des Rohkanals 305, beispielsweise durch CNC- Bearbeitung, abgetragen, entsprechend den strichlierten, bzw. strichpunktierten Linien 308a, 307a in Fig. 31. Fig. 32 zeigt dazu die nach Materialabtrag des ersten Wandbereiches 305a erhaltene Form eines tumbleerzeugenden Einlasskanals 308. Fig. 33 dagegen zeigt einen Zylinderkopf 301 mit einem Füllungskanal 307, dessen Kontur durch materialabtragende Bearbeitung des zweiten Wandbereiches B' des Rohkanals 305 erhalten wurde.Depending on whether the cylinder head 301 is intended for a suction internal combustion engine or for a supercharged internal combustion engine, the first wall portion A 'or the second wall portion B' of the Rohkanals 305, for example by CNC machining, removed, according to the dashed, or 32 shows the form of a tumble-generating inlet channel 308 obtained after material removal of the first wall region 305a. FIG. 33, on the other hand, shows a cylinder head 301 with a filling channel 307 whose contour is formed by material-removing machining of the second wall region B 'of the raw channel 305 was obtained.
Mit Bezugszeichen 308b und 307b sind Kontrollschnitt für einen tumbleerzeugenden Kanal 308, bzw. einen Füllungskanal 307 bezeichnet. Reference numerals 308b and 307b denote control section for a tumble-generating channel 308 and a filling channel 307, respectively.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E PATENT CLAIMS
1. Brennkraftmaschine, insbesondere aufgeladene Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Zylinder (6) mit einem hin- und hergehenden Kolben (7) und zumindest zwei Einlassventilen (4) je Zylinder (6) und einer dachförmigen Brennraumdeckfläche (8) im Zylinderkopf (1), wobei die zu den Einlassventilen (4) führenden Einlasskanäle (2) eine Tumbleströmung (T) im Brennraum (5) erzeugen, wobei die Hauptströmungsrichtungen (40) der über die Einlassventile (4) in den Brennraum (5) eingesaugten Teilströme (E) mit einer durch die Zylinderachsen (6a) einer Zylinderreihe bestimmten Längsebene (6b) je einen spitzen Winkel (φ)einschließen, sowie mit zumindest einem Auslasskanal (3) je Zylinder (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Tumblezahl zwischen 1,2 und 2, vorzugsweise zwischen 1,4 und 1,9, beträgt.1. internal combustion engine, in particular turbocharged internal combustion engine, with at least one cylinder (6) with a reciprocating piston (7) and at least two inlet valves (4) per cylinder (6) and a roof-shaped combustion chamber cover surface (8) in the cylinder head (1), wherein the inlet ducts (2) leading to the intake valves (4) generate a tumble flow (T) in the combustion chamber (5), the main flow directions (40) of the partial flows (E) sucked into the combustion chamber (5) via the intake valves (4) a respective longitudinal plane (6b) defined by the cylinder axes (6a) of a row of cylinders, each having an acute angle (φ), and at least one outlet channel (3) per cylinder (1), characterized in that the tumble number is between 1.2 and 2, preferably between 1.4 and 1.9.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (φ) der Hauptströmungsrichtungen (40) der Teilströme (E) zur Längsebene (6b) durch die Formgebung der Einlasskanäle (2) bestimmt sind, wobei jeweils die Achse (2 ') des Einlasskanales (2), zumindest knapp vor dem Einlassventil (4), mit der Achse (4b) des Einlassventiles (4) einen spitzen Winkel (p) einschließt, wobei vorzugsweise der Winkel (p) größer als 10° ist.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the angles (φ) of the main flow directions (40) of the partial flows (E) to the longitudinal plane (6b) by the shape of the inlet channels (2) are determined, in each case the axis (2 ') of the inlet channel (2), at least just before the inlet valve (4), with the axis (4b) of the inlet valve (4) includes an acute angle (p), wherein preferably the angle (p) is greater than 10 °.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptströmungsrichtungen (40) beiden Teilströme (E) mit der Längsebene (6b) den gleichen spitzen Winkel (v) einschließen, wobei vorzugsweise die Einlasskanäle (2) - in Richtung der Längsebene (6b) betrachtet - deckungsgleich ausgebildet sind, und wobei besonders vorzugsweise der Winkel (v) größer als 10° ist.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the main flow directions (40) include the two partial flows (E) with the longitudinal plane (6b) the same acute angle (v), wherein preferably the inlet channels (2) - in the direction of the longitudinal plane (6b) - are formed congruent, and particularly preferably the angle (v) is greater than 10 °.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einlasskanal (2) unmittelbar stromaufwärts des Ventilsitzringes (41) eine eingeformte Strömungsabrisskante (23) aufweist.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that each inlet channel (2) immediately upstream of the valve seat ring (41) has a molded-flow rupture edge (23).
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsabrisskante (23) durch eine Verschneidung des im wesentlichen stetig verlaufenden Zulaufteiles (2a) des Einlasskanales (2) mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorzugsweise konischen Wandabschnitt (2b) im Bereich des Ventilsitzringes (41) gebildet ist.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow separation edge (23) by an intersection of the substantially continuously extending inlet part (2a) of the inlet channel (2) with a widening in the flow direction, preferably conical wall portion (2b) is formed in the region of the valve seat ring (41).
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Wandabschnitt (2b) durch einen koaxial zur Ventilsitzringachse (41a) zugestellten Kontrollfräser eingearbeitet ist, wobei vorzugsweise der Kontrollfräser zumindest einen zylindrischen, kegeligen und/oder gekrümmten Mantelbereich aufweist.6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the conical wall section (2 b) by a coaxial with Valve seat ring axis (41a) zuzustunden control cutter is incorporated, wherein preferably the control cutter has at least one cylindrical, conical and / or curved cladding region.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Einlasskanals (2) im Bereich der Strömungsabrisskante (23), zumindest in einer Richtung, düsenartig verengt ist.7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cross section of the inlet channel (2) in the region of the flow separation edge (23), at least in one direction, is narrowed like a nozzle.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tumbleströmung (T) in einem auslassseitigen Zylindersegment von der Brennraumdeckfläche (8) in Richtung Kolben (7) strömt, welches sich über einen Winkel (δ) kleiner als 180°, vorzugsweise zwischen 60° und 120°, erstreckt.8. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the Tumbleströmung (T) flows in an exhaust-side cylinder segment of the combustion chamber cover surface (8) in the direction of the piston (7), which over an angle (δ) is smaller than 180 ° , preferably between 60 ° and 120 °, extends.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, zumindest einem von der Zylinderachse (6a) beabstandeten und zu dieser geneigt angeordneten Injektor (10) mit zumindest fünf Einspritzöffnungen (12), dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform der Einspritzstrahlen (15) der zweiten Seite (14) den Ventilteller (4a) zumindest eines geöffneten Einlassventils (4) schneidet.9. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, at least one of the cylinder axis (6 a) spaced and inclined to this arranged injector (10) with at least five injection openings (12), characterized in that the theoretical beam shape of the injection jets (15) of second side (14) intersects the valve plate (4a) of at least one opened inlet valve (4).
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform den Ventilteller (4a) des Einlassventils (4) ab einer Ventilöffnung zwischen dem 0,5- bis 0,9-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,6- bis 0,8-fachen des maximalen Ventilhubes schneidet.10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the theoretical jet form the valve disk (4a) of the inlet valve (4) from a valve opening between 0.5 to 0.9 times, preferably between the 0.6 to 0, 8 times the maximum valve lift cuts.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Strahlform das Einlassventil (4) in einem Bereich (43) der Umfangslinie des Ventiltellers (4a) schneidet, welcher ein Drittel bis ein Sechstel des Umfanges beträgt.11. Internal combustion engine according to claim 9 or 10, characterized in that the theoretical beam shape, the inlet valve (4) in a region (43) of the circumferential line of the valve disc (4a) intersects, which is one third to one sixth of the circumference.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gedachten äußeren Strahlmittellinien (15a1, 15b1) der Kraftstoffeinspritzstrahlen (15) - in einem die Injektorachse (10a) beinhaltenden Längsschnitt durch den Zylinder (6) betrachtet - einen ersten Strahlwinkel (ß) zwischen 30° bis 50°, vorzugsweise zwischen 35° und 40°, aufspannen.12. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the imaginary outer beam centerlines (15a 1 , 15b 1 ) of the fuel injection jets (15) - in a the injector (10a) containing longitudinal section through the cylinder (6) considered - a first beam angle (ß) between 30 ° to 50 °, preferably between 35 ° and 40 ° span.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren gedachten Strahlmittellinien (15') der Einspritzstrahlen - in einer Vorderansicht auf den Injektor (10) betrachtet - einen zweiten Einspritzwinkel (γ) zwischen etwa 40° und 70°, vorzugsweise zwischen 50° und 60° aufspannen. 13. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 12, characterized in that the outer imaginary beam center lines (15 ') of the injection jets - viewed in a front view of the injector (10) - a second injection angle (γ) between about 40 ° and 70 ° , preferably span between 50 ° and 60 °.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine vorzugsweise über zumindest einen Abgasturbolader aufgeladen ist.14. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the internal combustion engine is preferably charged via at least one exhaust gas turbocharger.
15. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasturboiader, einem Einlass- und einem Abgasstrang, einem internen Abgasrückführsys- tem und einem externen Abgasrückführsystem mit zumindest einer Abgas- rückführleitung, wobei in zumindest einem niedrigen und/oder mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine eine interne Abgasrückführung und in zumindest einem Lastbereich gleichzeitig eine interne und externe Abgasrückführung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Betriebsbereich ein Sollwert für die rückgeführte Abgasmenge in einer Steuereinrichtung für die Abgasrückführung abgelegt oder berechnet wird, dass ein Istwert für die rückgeführte Abgasmenge ermittelt wird und dass bei Vermindern der Last aus einem Betriebsbereich, in welchem interne und externe Abgasrückführung gleichzeitig durchgeführt wird, die interne Abgasrückführung solange vermindert oder gestoppt wird, bis der Istwert der rückgeführten Abgasmenge kleiner oder gleich dem Sollwert der rückgeführten Abgasmenge bei dem entsprechenden Betriebspunkt ist.15. A method for operating an internal combustion engine with Abgasturboiader, an intake and an exhaust line, an internal exhaust gas recirculation system and an external exhaust gas recirculation system with at least one exhaust gas recirculation line, wherein in at least one low and / or medium load range of the internal combustion engine, an internal exhaust gas recirculation and in at least one load range at the same time an internal and external exhaust gas recirculation is carried out, characterized in that for each operating range a setpoint for the recirculated exhaust gas is stored or calculated in a control device for the exhaust gas recirculation, that an actual value for the recirculated exhaust gas amount is determined and that when reducing the Load from an operating range in which internal and external exhaust gas recirculation is carried out simultaneously, the internal exhaust gas recirculation is reduced or stopped until the actual value of the recirculated exhaust gas quantity is lower or lower is equal to the set point of the recirculated exhaust gas quantity at the corresponding operating point.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Lastbereich und/oder im Volllastbereich eine interne und externe Abgasrückführung gleichzeitig durchgeführt wird.16. The method according to claim 15, characterized in that in the upper load range and / or in the full load range, an internal and external exhaust gas recirculation is performed simultaneously.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Lastbereich und/oder im Volllastbereich eine externe Abgasrückführung alleine durchgeführt wird.17. The method according to claim 15 or 16, characterized in that in the upper load range and / or in the full load range, an external exhaust gas recirculation is performed alone.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das intern und/oder extern rückgeführte Abgas zwischen der Entnahme aus dem Brennraum und der Rückführung in den Brennraum gekühlt wird.18. The method according to any one of claims 15 to 17, characterized in that the internally and / or externally recirculated exhaust gas is cooled between the removal from the combustion chamber and the return to the combustion chamber.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas für die externe Abgasrückführung stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers, vorzugsweise stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung dem Abgasstrang entnommen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers dem Einlassstrang zugeführt wird.19. The method according to any one of claims 15 to 18, characterized in that the exhaust gas for the external exhaust gas recirculation downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger, preferably downstream of an exhaust aftertreatment device taken from the exhaust line and upstream of the compressor of the exhaust gas turbocharger is supplied to the intake manifold.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der internen Abgasrückführung die Steuerzeit zumindest eines Einlassventils nach spät verstellt wird. 20. The method according to any one of claims 15 to 19, characterized in that to reduce the internal exhaust gas recirculation, the control time of at least one inlet valve is retarded.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der internen Abgasrückführung die Steuerzeit zumindest eines Auslassventils nach früh verstellt wird.21. The method according to any one of claims 15 to 20, characterized in that to reduce the internal exhaust gas recirculation, the control time of at least one exhaust valve is adjusted to early.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung der internen Abgasrückführmenge der Ventilhub zumindest eines Ein- und/oder Auslassventils im Ventilüberschneidungsbereich vermindert wird.22. The method according to any one of claims 15 to 21, characterized in that is reduced to reduce the internal exhaust gas recirculation amount of the valve lift at least one inlet and / or outlet valve in the valve overlap region.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der externen und/oder internen Abgasrückführmenge die Ansaugluft im Einlassstrang und/oder das Abgas im Abgasstrang gedrosselt wird.23. The method according to any one of claims 15 to 22, characterized in that to increase the external and / or internal exhaust gas recirculation amount, the intake air in the intake manifold and / or the exhaust gas is throttled in the exhaust line.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Teillastbetriebsbereich, vorzugsweise nach einem negativen Lastsprung und/oder unterhalb einer unteren Lastgrenze für die Durchführung externer Abgasrückführung der Verdichter und/oder der Ladeluftkühler umgangen wird.24. The method according to any one of claims 15 to 23, characterized in that in at least one partial load operating range, preferably after a negative load step and / or below a lower load limit for the implementation of external exhaust gas recirculation of the compressor and / or the intercooler is bypassed.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptströmungsweg des Einlassstranges durch den Verdichter zwischen Abzweigung und Mündung einer den Verdichter umgehenden Umgehungsleitung durch zumindest ein Absperrorgan geschlossen wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the main flow path of the inlet strand is closed by the compressor between the branch and the mouth of a bypass line bypassing the compressor by at least one obturator.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umgehung des Verdichters und/oder des Ladeluftkühlers der Hauptströmungsweg des Einlassstranges zwischen Abzweigung und Mündung der Umgehungsleitung des Verdichters mit Frischluft gespült wird.26. The method of claim 24 or 25, characterized in that during the bypass of the compressor and / or the intercooler of the main flow path of the inlet pipe between the junction and the mouth of the bypass line of the compressor is purged with fresh air.
27. Brennkraftmaschine (101) mit Abgasturbolader (104), einem Ein- und einem Abgasstrang (102, 103), einem internen Abgasrückführsystem und einem externen Abgasrückführsystem (107) mit zumindest einer Abgasrück- führleitung (108) und zumindest einem Kühler (110, 113) für das extern rückgeführte Abgas, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführ- leitung (108) stromabwärts der Turbine (105) des Abgasturboladers (104), vorzugsweise stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (109) vom Abgasstrang (103) abzweigt und stromaufwärts des Verdichters (105) des Abgasturboladers (104) in den Einlassstrang (102) einmündet.27. Internal combustion engine (101) with exhaust gas turbocharger (104), an input and an exhaust line (102, 103), an internal exhaust gas recirculation system and an external exhaust gas recirculation system (107) with at least one exhaust gas recirculation line (108) and at least one cooler (110, 113) for the externally recirculated exhaust gas, characterized in that the exhaust gas recirculation line (108) downstream of the turbine (105) of the exhaust gas turbocharger (104), preferably downstream of an exhaust aftertreatment device (109) branches off from the exhaust line (103) and upstream of the compressor (105 ) of the exhaust gas turbocharger (104) into the inlet branch (102) opens.
28. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das interne Abgasrückführsystem eine Verstelleinrichtung für die Steuerzeit der Einlass- und Auslassventile aufweist. 28. internal combustion engine (101) according to claim 27, characterized in that the internal exhaust gas recirculation system comprises an adjusting device for the timing of the intake and exhaust valves.
29. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung zumindest einen Phasenschieber zum Verdrehen der Einlass- oder Auslassnockenwelle aufweist.29. Internal combustion engine (101) according to claim 28, characterized in that the adjusting device has at least one phase shifter for rotating the intake or exhaust camshaft.
30. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung eine Ventilhubumschaltvorrichtung aufweist.30. Internal combustion engine (101) according to claim 28, characterized in that the adjusting device has a Ventilhubumschaltvorrichtung.
31. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung elektromechanische oder elektrohydraulische Aktuatoren für die Ein- oder Auslassventile aufweist.31. Internal combustion engine (101) according to claim 28, characterized in that the adjusting device has electromechanical or electro-hydraulic actuators for the intake or exhaust valves.
32. Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (106) des Abgasturboladers (104) und/oder der Ladeluftkühler (113) über eine Umgehungsleitung (116) umgehbar ist, wobei vorzugsweise in der Umgehungsleitung (116) ein erstes Absperrorgan (117) angeordnet ist.32. Internal combustion engine (101) according to any one of claims 27 to 31, characterized in that the compressor (106) of the exhaust gas turbocharger (104) and / or the intercooler (113) via a bypass line (116) is bypassable, preferably in the bypass line (116) a first obturator (117) is arranged.
33. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Verdichters (106), vorzugsweise stromabwärts des Ladeluftkühlers (110), besonders vorzugsweise stromabwärts eines in einem Hauptströmungsweg (102a) durch den Verdichter (106) angeordneten zweiten Absperrorgans (118) wieder in den Einlassstrang (102) wieder einmündet.33. Internal combustion engine (101) according to claim 32, characterized in that downstream of the compressor (106), preferably downstream of the charge air cooler (110), particularly preferably downstream of a in a main flow path (102 a) through the compressor (106) arranged second obturator (118 ) again in the inlet strand (102) opens.
34. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (116) stromaufwärts der Mündung der Abgasrückführleitung (108) vom Einlassstrang (102) abzweigt.34. Internal combustion engine (101) according to claim 32 or 33, characterized in that the bypass line (116) upstream of the mouth of the exhaust gas recirculation line (108) branches off from the inlet branch (102).
35. Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgehungsleitung (116) stromabwärts des Verdichters (106) vom Einlassstrang (102) abzweigt.35. Internal combustion engine (101) according to claim 32 or 33, characterized in that the bypass line (116) branches off from the inlet branch (102) downstream of the compressor (106).
36. Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des zweiten Absperrorgans (118), und vorzugsweise stromabwärts eines Ladeluftkühlers (113), eine Spülleitung (119) vom Hauptströmungsweg (102a) des Einlassstranges (102) abzweigt und vorzugsweise stromabwärts der Turbine (105) in den Abgasstrang (103) einmündet, wobei vorzugsweise in der Spülleitung (119) ein drittes Absperrorgan (120) angeordnet ist.36. Internal combustion engine (101) according to any one of claims 33 to 35, characterized in that upstream of the second obturator (118), and preferably downstream of a charge air cooler (113), a purge line (119) from the main flow path (102a) of the inlet strand (102). branches off and preferably downstream of the turbine (105) into the exhaust line (103) opens, wherein preferably in the purge line (119), a third obturator (120) is arranged.
37. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (201) mit zumindest einem Einlassventil (204a, 205a) und zumindest einem Auslassventil (206a, 207a) pro Zylinder (203), wobei zumindest eine Auslassöffnung (206, 207) zumin- dest teilweise von einer Maskierung (208) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (208) jeweils auf der dem Einlassventil (204a, 205a) zugewandten Seite der Auslassöffnung (206, 207) angeordnet ist und den Auslassventilteller des Auslassventils (206a, 207a) gegen das Einlassventil (204a, 205a) hin abschattet.37. An internal combustion engine having a cylinder head (201) with at least one inlet valve (204a, 205a) and at least one outlet valve (206a, 207a) per cylinder (203), at least one outlet opening (206, 207) being at least at least partially surrounded by a masking (208), characterized in that the masking (208) respectively on the inlet valve (204a, 205a) facing side of the outlet opening (206, 207) is arranged and the outlet valve plate of the outlet valve (206a, 207a ) shades off against the inlet valve (204a, 205a).
38. Brennkraftmaschine nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (208) um die Mitte der Auslassöffnung (206, 207) einen Umschlingungswinkel (α) von etwa 120° bis 180° einschließt.38. Internal combustion engine according to claim 37, characterized in that the mask (208) around the center of the outlet opening (206, 207) includes a wrap angle (α) of about 120 ° to 180 °.
39. Brennkraftmaschine nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (HM) der Maskierung (208) - gemessen bis zur halben Höhe des Ventiltellerrandes des entsprechenden Auslassventils (206a, 207a) - etwa 1 mm bis 4 mm beträgt.39. Internal combustion engine according to claim 37 or 38, characterized in that the height (HM) of the mask (208) - measured up to half the height of the valve head edge of the corresponding exhaust valve (206a, 207a) - is about 1 mm to 4 mm.
40. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der Maskierung (208) vom Ventiltellerrand des nächstliegenden Auslassventils (206a, 207a) etwa 0,3 mm bis 0,7 mm beträgt.40. Internal combustion engine according to one of claims 37 to 39, characterized in that the distance (a) of the masking (208) from the valve disk edge of the nearest outlet valve (206a, 207a) is about 0.3 mm to 0.7 mm.
41. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (208) durch einen Vorsprung (V) in der Brennraumdeckfläche (211) gebildet ist.41. Internal combustion engine according to one of claims 37 to 40, characterized in that the masking (208) by a projection (V) in the combustion chamber cover surface (211) is formed.
42. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 37 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung (208) durch eine Vertiefung (T) in der Brennraumdeckfläche (211) gebildet ist, wobei in der Vertiefung (T) die Auslassöffnung (206, 207) angeordnet ist.42. Internal combustion engine according to one of claims 37 to 41, characterized in that the masking (208) by a recess (T) in the combustion chamber cover surface (211) is formed, wherein in the recess (T), the outlet opening (206, 207) is.
43. Brennkraftmaschine nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (T) im Wesentlichen konzentrisch bezüglich der Auslassöffnung (206, 207) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Vertiefung (T) an der der Maskierung (208) gegenüberliegenden Seite in die Brennraumdeckfläche (211) ausläuft.43. Internal combustion engine according to claim 42, characterized in that the depression (T) is arranged substantially concentrically with respect to the outlet opening (206, 207), the depression (T) preferably being located on the side opposite the masking (208) into the combustion chamber cover surface ( 211) runs out.
44. Brennkraftmaschine nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (T) - bezogen auf die umgebende Brennraumdeckfläche (211) eine gleichmäßige Tiefe (HM) aufweist.44. Internal combustion engine according to claim 42 or 43, characterized in that the recess (T) - based on the surrounding combustion chamber cover surface (211) has a uniform depth (HM).
45. Brennkraftmaschine nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (T) - bezogen auf die umgebende Brennraumdeckfläche (211) - eine unterschiedliche Tiefe (HM) aufweist, wobei vorzugsweise die Tiefe (HM) im Bereich der Maskierung (208) am größten ist. 45. Internal combustion engine according to claim 42 or 43, characterized in that the recess (T) - with respect to the surrounding combustion chamber cover surface (211) - a different depth (HM), wherein preferably the depth (HM) in the mask (208) is greatest.
46. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 37 bis 45 mit zumindest zwei Einlass- und zumindest zwei Auslassventilen (204a, 205a; 206a, 207a) pro Zylinder (203), dadurch gekennzeichnet, dass jede Auslassöffnung (206, 207) im Bereich der dem benachbarten Einlassventil (204a, 205a) zugewandten Seite von einer Maskierung (208) umgeben ist.46. Internal combustion engine according to one of claims 37 to 45, having at least two inlet and at least two outlet valves (204a, 205a, 206a, 207a) per cylinder (203), characterized in that each outlet opening (206, 207) in the region of the adjacent Inlet valve (204a, 205a) facing side of a mask (208) is surrounded.
47. Brennkraftmaschine nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungen (208) der einzelnen Auslassventile (206a, 207a) gleich gestaltet sind.47. Internal combustion engine according to claim 46, characterized in that the masks (208) of the individual exhaust valves (206a, 207a) are designed the same.
48. Brennkraftmaschine nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierungen (208) der einzelnen Auslassventile (206a, 207a) unterschiedlich gestaltet sind.48. Internal combustion engine according to claim 46, characterized in that the masks (208) of the individual exhaust valves (206a, 207a) are designed differently.
49. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 38 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile synchron betätigbar sind.49. Internal combustion engine according to one of claims 38 to 42, characterized in that the exhaust valves are synchronously actuated.
50. Verfahren zum Beschreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 37 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass im Teillastbereich im Bereich des oberen Totpunktes des Ladungswechsels (OTW), vorzugsweise unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des Ladungswechsels (OTW), Abgas durch zumindest eine Auslassöffnung (206, 207) in den Brennraum (210) rückgesaugt und gleichzeitig oder unmittelbar darauf durch zumindest eine Einlassöffnung (204, 205) Luft oder Ladung in den Brennraum (210) eingebracht wird, wobei durch das rückgesaugte Abgas und die Luft oder Ladung im Brennraum (210) eine gleichgerichtete Tumbleströmung (SE, SA) initiiert wird.50. A method for describing an internal combustion engine according to one of claims 37 to 50, characterized in that in the partial load range in the region of the top dead center of the charge exchange (OTW), preferably immediately after the top dead center of the charge exchange (OTW), exhaust gas through at least one outlet port ( 206, 207) is sucked back into the combustion chamber (210) and at the same time or directly through at least one inlet opening (204, 205) air or charge is introduced into the combustion chamber (210), wherein the sucked back exhaust gas and the air or charge in the combustion chamber ( 210) a rectified Tumbleströmung (S E , S A ) is initiated.
51. Verfahren nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass im Teillastbereich der Schließzeitpunkt (A5) des Auslassventils (206a, 207a) und der Öffnungszeitpunkt (EÖ) des Einlassventils (204a, 205a) nach spät verstellt wird.51. The method according to claim 50, characterized in that in the partial load range of the closing time (A 5 ) of the exhaust valve (206a, 207a) and the opening time (E Ö ) of the inlet valve (204a, 205a) is retarded.
52. Verfahren nach Anspruch 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass im Volllastbereich für Drehzahlen unterhalb der Maximaldrehzahl, vorzugsweise unterhalb der halben Maximaldrehzahl, der Schließzeitpunkt (A5) des Auslassventils (206a, 207a) nach spät und/oder der Öffnungszeitpunkt (EÖ) des Einlassventils (204a, 205a) nach früh verstellt wird.52. The method of claim 50 or 51, characterized in that in the full load range for speeds below the maximum speed, preferably below half the maximum speed, the closing time (A 5 ) of the exhaust valve (206a, 207a) late and / or the opening time (E Ö ) of the inlet valve (204a, 205a) is advanced.
53. Verfahren nach einem der Ansprüche 50 bis 52, mit zumindest zwei Auslassventilen (206a, 207a) pro Zylinder (203), dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile (206a, 207a) synchron betätigt werden. 53. The method according to any one of claims 50 to 52, comprising at least two exhaust valves (206a, 207a) per cylinder (203), characterized in that the exhaust valves (206a, 207a) are actuated synchronously.
54. Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (301) mit mindestens einem über eine Einlassöffnung (303) in ein Brennraumdach (304) mündenden Einlasskanal (302), welcher zumindest teilweise gusstechnisch hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohkanal (305) gusstechnisch hergestellt wird, dessen Kanalkontur in zumindest einem ersten Wandbereich (A') geometrische Merkmale eines Füllkanals (307) und in zumindest einem zweiten Wandbereich (B') geometrische Merkmale eines tumbleer- zeugenden Einlasskanals (308) aufweist, und dass in zumindest einem materialabtragenden Bearbeitungsschritt wahlweise ein Füllkanal (307) oder ein tumbleerzeugender Einlasskanal (308) aus dem Rohkanal (305) geformt wird.54. A method for producing a cylinder head (301) having at least one inlet channel (302) opening into a combustion chamber roof (304) via an inlet opening (30), which is produced at least partially by casting, characterized in that a raw channel (305) is produced by casting whose channel contour has geometric features of a filling channel (307) in at least one first wall region (A ') and geometric features of a tumble-producing inlet channel (308) in at least one second wall region (B'), and optionally in at least one material-removing machining step Fill passage (307) or a tumbleerzeugender inlet channel (308) from the raw channel (305) is formed.
55. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formung eines Füllkanals (307) der zweite Wandbereich (B') materialabtragend bearbeitet wird.55. The method according to claim 54, characterized in that, in order to form a filling channel (307), the second wall region (B ') is processed in a material-removing manner.
56. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formung eines tumbleerzeugenden Einlasskanals (308) der erste Wandbereich (A') materialabtragend bearbeitet wird.56. The method according to claim 54, characterized in that, in order to form a tumble-producing inlet channel (308), the first wall region (A ') is processed in a material-removing manner.
57. Verfahren nach einem der Ansprüche 54 bis 56, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wandbereich (A') ein vorzugsweise an die Einlassöffnung (303) anschließender, einer Zylinderkopfdichtebene (306) nächstliegender Bodenbereich (305a) des Rohkanals (305) zugeordnet wird.57. Method according to claim 54, characterized in that the first wall region (A ') is assigned a bottom region (305a) of the raw channel (305) which is preferably adjacent to the inlet opening (303) and closest to a cylinder head sealing plane (306).
58. Verfahren nach einem der Ansprüche 54 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Wandbereich (B1) ein, vorzugsweise an die Einlassöffnung (303) anschließender Seitenbereich und/oder Deckenbereich (305b) des Rohkanals (305) zugeordnet wird, wobei der Deckenbereich (305b) von der Zylinderkopfdichtebene (306) weiter beabstandet ist als der Bodenbereich (305a).58. The method according to any one of claims 54 to 57, characterized in that the second wall region (B 1 ) is assigned to a side region and / or ceiling region (305b) of the raw channel (305), preferably adjoining the inlet opening (303), wherein the Ceiling portion (305b) from the cylinder head density plane (306) is further spaced than the bottom portion (305a).
59. Zylinderkopf (301) für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem zumindest teilweise gusstechnisch hergestellten, über eine Einlassöffnung (303) in ein Brennraumdach (304) mündenden Einlasskanal (302), dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (302) aus einem gusstechnisch hergestellten Rohkanal (305) geformt ist, dessen Kanalkontur zumindest einen ersten Wandbereich (A') mit geometrischen Merkmalen eines Füllkanals (307) und zumindest einen zweiten Wandbereich (B') mit geometrischen Merkmalen eines tumbleerzeugenden Einlasskanals (308) aufweist, und dass zumindest ein Wandbereich (A', B1) zur Formung eines Füll- kanals (307) oder eines tumbleerzeugenden Einlasskanals (308) durch eine materialabfragende Bearbeitung aus dem Rohkanal (305) ausgeformt ist.59. Cylinder head (301) for an internal combustion engine having at least one inlet channel (302) which opens at least partially by casting, via an inlet opening (303) into a combustion chamber roof (304), characterized in that the inlet channel (302) consists of a raw channel ( 305) whose channel contour has at least one first wall region (A ') with geometric features of a filling channel (307) and at least one second wall region (B') with geometric features of a tumble-generating inlet channel (308), and in that at least one wall region (A ', B 1 ) for forming a filling channel (307) or a tumble-generating inlet channel (308) is formed by a material querying processing from the raw channel (305).
60. Zylinderkopf (301) nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formung eines Füllkanals (307) der zweite Wandbereich (B1) materiaiabtra- gend bearbeitet ist und der erste Wandbereich (A') des Rohkanals (305) einen Teil des Füllkanals (307) ausbildet.60. Cylinder head (301) according to claim 59, characterized in that for forming a filling channel (307) the second wall region (B 1 ) is machined to remove material, and the first wall region (A ') of the raw channel (305) forms part of the filling channel (307) trains.
61. Zylinderkopf (301) nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass zur Formung eines tumbleerzeugenden Einlasskanals (308) der erste Wandbereich (A1) materialabtragend bearbeitet ist, und der zweite Wandbereich (B') des Rohkanals (305) einen Teil des tumbleerzeugenden Einlasskanals (308) ausbildet.61. Cylinder head (301) according to claim 59, characterized in that for forming a tumbleerzeugenden inlet channel (308) of the first wall portion (A 1 ) is machined, and the second wall portion (B ') of the Rohkanals (305) part of the tumbleerzeugenden Inlet channel (308) forms.
62. Zylinderkopf (301) nach einem der Ansprüche 59 bis 61, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wandbereich (A') durch einen vorzugsweise an die Einlassöffnung (303) anschließenden, einer Zylinderkopfdichtebene (306) nächstliegenden Bodenbereich (305a) des Rohkanals (305) gebildet ist.62. Cylinder head (301) according to one of claims 59 to 61, characterized in that the first wall region (A ') adjoins a bottom region (305a) of the raw passage (305a), which is preferably adjacent to the inlet opening (303) and faces a cylinder head sealing plane (306) ) is formed.
63. Zylinderkopf (301) nach einem der Ansprüche 59 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wandbereich (B') durch einen vorzugsweise an die Einlassöffnung (303) anschließenden Seitenbereich und/oder Deckenbereich (305b) des Rohkanals (305) gebildet ist, wobei der Deckenbereich (305b) von der Zylinderkopfdichtebene (306) weiter beabstandet ist als der Bodenbereich (305a). 63. Cylinder head (301) according to one of claims 59 to 62, characterized in that the second wall region (B ') is formed by a preferably adjacent to the inlet opening (303) side region and / or ceiling region (305b) of the raw channel (305) wherein the ceiling portion (305b) is spaced further from the cylinder head sealing plane (306) than the bottom portion (305a).
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