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Title:
INTERNAL COMBUSTION ENGINE COMPRISING AT LEAST TWO INLET VALVES PER CYLINDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/012268
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an internal combustion engine that comprises at least two inlet valves (4) per cylinder (1) and at least two inlet channels (2, 3) leading towards said inlet valves (4). A first inlet channel (2) of said inlet channels is preferably configured as an unthrottled tangential channel. The flow through a second inlet channel (3) is controlled by a first throttle device (11) that is controlled depending on at least one engine parameter. The internal combustion engine further comprises a fuel injection device (13) per cylinder (1) that injects fuel into at least two inlet channels (2, 3). In the closed state of the first throttle device (11) a defined minimum flow through the second inlet channel (3) can be generated by means of at least one leakage opening (12) of the first throttle device (11). In order to improve the emissions of the internal combustion engine in a simple manner, the first throttle device (11) is arranged downstream of the fuel injection device (13) and at least one leakage opening (12) is arranged in the point of impact of an injection jet (16). The first throttle valve (11) includes in the closed state an obtuse angle ($g(a)) with a channel partition (10) between the first and the second inlet channel (2, 3), said angle being larger 90°, so that the fresh gas flow is diverted to the first inlet channel (2).

Inventors:
LAIMBOECK FRANZ (AT)
Application Number:
PCT/AT2002/000231
Publication Date:
February 13, 2003
Filing Date:
August 01, 2002
Export Citation:
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Assignee:
AVL LIST GMBH (AT)
LAIMBOECK FRANZ (AT)
International Classes:
F02B31/02; F02B31/08; F02D9/02; F02D9/10; F02F1/42; F02M69/00; F02B31/00; (IPC1-7): F02B31/08
Foreign References:
AT402535B1997-06-25
AT2434U11998-10-27
EP0764773B11999-08-18
AT3138U11999-10-25
US4719886A1988-01-19
DE3836550A11990-05-03
US4548175A1985-10-22
AT402535B1997-06-25
AT2434U11998-10-27
EP0764773B11999-08-18
AT3138U11999-10-25
JPH0610803A1994-01-21
JPH06101602A1994-04-12
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 100 (M - 376) 2 May 1985 (1985-05-02)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 307 (M - 435) 4 December 1985 (1985-12-04)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 212 (M - 1593) 15 April 1994 (1994-04-15)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 374 (M - 1638) 14 July 1994 (1994-07-14)
Attorney, Agent or Firm:
Babeluk, Michael (WIEN, AT)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlassventilen (4) pro Zylinder (1), mit mindestens zwei zu den Einlassventilen (4) führenden Einlasskanä len (2,3), von welchen ein erster Einlasskanal (2) vorzugsweise als unge drosselter Tangentialkanal ausgeführt ist und der Durchfluss durch einen zweiten Einlasskanal (3) mittels einer in Abhängigkeit von zumindest einem Motorparameter betätigbaren ersten Drosseleinrichtung (11) steuerbar ist, mit zumindest einer Kraftstoff in zumindest zwei Einlasskanäle (2,3) ein spritzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) pro Zylinder (1), wobei im geschlossenen Zustand der ersten Drosseleinrichtung (11) mittels zumin dest einer Leckageöffnung (12) der ersten Drosseleinrichtung (11) ein defi nierter Mindestdurchfluss durch den zweiten Einlasskanal (3) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosseleinrichtung (11) strom abwärts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (13) angeordnet ist, und dass mindestens eine Leckageöffnung (12) im Auftreffbereich mindestens eines Einspritzstrahles (16) angeordnet ist, wobei die erste. Drosseleinrich tung (11) in geschlossenem Zustand mit einer Kanaltrennwand (10) zwi schen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal (2,3) einen stumpfen Winkel (oc) größer als 90° einschließt, so dass die Frischgasströmung zum ersten Einlasskanal (2) umgeleitet wird.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageöffnung (12) durch mindestens eine Bohrung in der ersten Drossel einrichtung (11) gebildet ist.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckageöffnungen (12) zumindest überwiegend in einer vom Ein spritzstrahl (16) benetzten Hälfte der ersten Drosseleinrichtung (11) ange ordnet sind.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste und der zweite Einlasskanal (2,3) von einem ge meinsamen Sammelkanal (8) ausgehen und dass die erste Drosseleinrich tung (11) im Bereich der Verzweigung (9) der beiden Einlasskanäle (2,3) aus dem Sammelkanal (8), vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts der Verzweigung (9) angeordnet ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Querschnitt der ersten Drosseleinrichtung (11) größer ist als der Querschnitt des zweiten Einlasskanals (3).
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drosseleinrichtung (11) eine Abrisskante (17) aufweist, welche im ge schlossenen Zustand der ersten Drosseleinrichtung (11) in den ersten Ein lasskanal (2) hineinragt.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Drosseleinrichtung (11) durch eine Klappe gebildet ist, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drehachse (lla) der ersten Drosseleinrichtung (11) stromaufwärts der Verzweigung (9) angeordnet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass im Sammelkanal (8) stromaufwärts der Kraftstoffeinspritz einrichtung (13) eine vorzugsweise durch eine Klappe gebildete zweite Drosseleinrichtung (19) angeordnet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Klappenbereiche (llb, llc) der ersten Drosseleinrich tung (11) beidseits der Drehachse (lla) widerstandsgleich ausgeführt sind.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste und die zweite Drosseleinrichtung (11,19) gekop pelt sind.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste und die zweite Drosseleinrichtung (11, 19) und vorzugsweise auch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem gemeinsamen Drosselklappenstutzen (20) angeordnet sind.
12. 07 31 Fu/Sc/Vog.
Description:
Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlassventilen pro Zylinder Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Einlassventi- len pro Zylinder, mit mindestens zwei zu den Einlassventilen führenden Einlass- kanälen, von welchen ein erster Einlasskanal vorzugsweise als ungedrosselter Tangentialkanal ausgeführt ist und der Durchfluss durch einen zweiten Einlasska- nal mittels einer in Abhängigkeit von zumindest einem Motorparameter betätig- baren ersten Drosseleinrichtung steuerbar ist, mit zumindest einer Kraftstoff in zumindest zwei Einlasskanäle einspritzenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung pro Zylinder, wobei im geschlossenen Zustand der ersten Drosseleinrichtung mittels zumindest einer Leckageöffnung ein definierter Mindestdurchfluss durch den zweiten Einlasskanal erzeugbar ist.

Aus der AT 402 535 B ist eine Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff über ein Einspritzventil durch eine Öffnung in der Kanaltrennwand zwischen zwei benach- barten Einlasskanälen hindurch eingespritzt wird, bekannt. Durch die Öffnung zwischen den beiden benachbarten Einlasskanälen kann allerdings eine Quer- strömung stattfinden, die zum Verblasen des Einspritzstrahles führt, insbeson- dere wenn eine Abgasrückführung oder Zuführung von Zusatzluft in den Tangen- tialkanal erfolgt. Im Extremfall wird der Kraftstoffstrahl, der für den Tangential- kanal bestimmt ist, durch die Öffnung in den als Neutralkanal ausgebildeten zweiten Einlasskanal eingespritzt.

Um dies zu verhindern, wird in der AT 2434 Ut vorgeschlagen, dass die Drossel- einrichtung im geschlossenen Zustand einen definierten Mindestdurchfluss zwi- schen 5% und etwa 20% erzeugt. Dadurch soll erreicht werde, dass der Kraft- stoffstrahl des Tangentialkanals auch in diesem verbleibt und beide Einspritz- strahlen die Wände der Einlasskanäle mit Kraftstoff nicht benetzen.

Aus der EP 0 764 773 AI ist es bekannt, im Neutralkanal eine Drosseleinrichtung vorzusehen, welche im geschlossenen Zustand einen definierten Mindestdurch- fluss erzeugt, um eine stabile radiale Gemischschichtung zu realisieren, deren Ausprägung mit der Motorlast variiert werden kann. Durch die definierte Lecka- geöffnung kann allerdings das Verblasen des Kraftstoffstrahles und der damit entstehende Wandbenetzungseffekt an der Außenwand des Neutralkanals nicht völlig vermieden werden, was sich nachteilig auf die Kohlenwasserstoffemissio- nen auswirkt.

Weiters wird in der AT 3138 U1 bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Einlasska- nälen vorgeschlagen, dass im Bereich der Kanaltrennwand zwischen den beiden Einlasskanälen zwischen der Drosseleinrichtung und einer definierten Öffnung in der Kanaltrennwand ein durch Strömungsleitflächen gebildeter Leckageströ- mungsweg für den Mindestdurchfluss vorgesehen ist. Zur Ausbildung der Strö- mungsleitflächen wird in den zweiten Einlasskanal eine durch ein Leitblech gebil- dete Leiteinrichtung eingesetzt. Dies erhöht allerdings den Herstellungsaufwand.

Die JP 06-010803 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlasskanälen, welche von einem gemeinsamen Zulaufkanal ausgehen. Im Zulaufkanal ist stromabwärts einer Kraftsteinspritzeinrichtung ein Drallregelventil angeordnet.

Das Drallregelventil weist im Bereich eines Einlasskanals eine Leckageöffnung auf, so dass im geschlossenen Zustand Ansaugluft in den Einlasskanal gelangt.

Durch die Leckageöffnung kann auch ein Kraftstoffstrahl in den einen Einlasska- nal eingespritzt werden. Im Bereich des anderen Einspritzkanals weist das Drall- regelventil eine Spritzöffnung auf, durch welche ein gerichteter Kraftstoffstrahl auch in den anderen Einlasskanal gelangt. Die JP 06-101602 A zeigt eine ähnli- che Brennkraftmaschine, bei der durch ein Drallregelventil ein Zulaufkanal zu zwei Einlassöffnungen halbseitig geschlossen wird. Die Mündung der Einspritz- einrichtung ist im Bereich des Drallregelventils angeordnet. Mittels eines verlän- gerten Einspritzrohres wird Kraftstoff der durch das Drallregelventil versperrten Hälfte des Zulaufkanals zugeführt. Auch diese Anordnungen sind relativ aufwen- dig und verbinden nicht zuverlässig das Verblasen des Kraftstoffstrahles. Zudem treten die geschlossenem Drallregelventil hohe Strömungsverluste auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile bei ei- ner Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art die Emissionen zu verbes- sern.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass die erste Drosseleinrichtung strom- abwärts der Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist und dass mindestens eine Leckageöffnung im Auftreffbereich mindestens eines Einspritzstrahles ange- ordnet ist, wobei die erste Drosseleinrichtung in geschlossenem Zustand mit ei- ner Kanaltrennwand zwischen dem ersten und dem zweiten Einlasskanal einen stumpfen Winkel größer als 90° einschließt, so dass die Frischgasströmung zum ersten Einlasskanal umgeleitet wird. Dadurch, dass die geschlossene Drossel- klappe mit der Kanalwand einen Winkel >90° einschließt, können Strömungs- verluste sehr klein gehalten werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Leckageöffnung durch mindestens eine Bohrung in der ersten Drosseleinrichtung gebildet ist.

Der Kraftstoff wird durch die Leckageöffnungen der ersten Drosseleinrichtung hindurch in den zweiten Einlasskanal eingespritzt. Stromabwärts der ersten Drosseleinrichtung sind erster und zweiter Einlasskanal völlig getrennt ausge- führt. Eine den Kraftstoffstrahl ablenkende Querströmung kann somit stromab- wärts der ersten Drosseleinrichtung ausgeschlossen werden. Für die Zuführung des Kraftstoffes in den zweiten Einlasskanal ist es dabei völlig ausreichend, wenn die Leckageöffnungen zumindest überwiegend in einer vom Kraftstoffstrahl be- netzten Hälfte der ersten Drosseleinrichtung angeordnet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgese- hen, dass der erste und der zweite Einlasskanal von einem gemeinsamen Sam- melkanal ausgehen und dass die erste Drosseleinrichtung im Bereich der Ver- zweigung der beiden Einlasskanäle aus dem Sammelkanal, vorzugsweise unmit- telbar stromaufwärts der Verzweigung angeordnet ist. Die beiden Einlasskanäle gehen somit von einem gemeinsamen Sammelkanal aus, wobei die Mündung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung stromaufwärts der Verzweigung angeordnet ist.

Zur Steuerung der Einlassströmung in den Zylinder ist im Sammelkanal eine vor- zugsweise durch eine Klappe gebildete zweite Drosseleinrichtung stromaufwärts der Mündung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet.

Um bei geschlossener erster Drosseleinrichtung die Strömungsverluste so klein wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der Querschnitt der Drosselklappe größer ist als der Querschnitt des zweiten Einlasskanals. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die erste Drosseleinrichtung durch eine Klappe gebildet ist und die Drehachse der ersten Drosseleinrichtung stromaufwärts der Verzweigung angeordnet ist.

Bei der auf die Leckageöffnungen der ersten Drosseleinrichtung gerichteten Kraftstoffeinspritzung durch die geschlossene Drosselklappe hindurch kann ein Kraftstofffilm an der Oberfläche der ersten Drosseleinrichtung entstehen. Zur Entfernung des an der ersten Drosseleinrichtung anhaftenden Kraftstofffilmes ist es besonders günstig, wenn die erste Drosseleinrichtung eine Abrisskante auf- weist, welche im geschlossenen Zustand der Drosselklappe in den ersten Einlass- kanal hineinragt. Der Kraftstofffilm wird somit durch die entlang der Klappen- oberfläche strömende Einassströmung mitgerissen und gelangt über den ersten Einlasskanal in den Zylinder.

Um ein neutrales Drehverhalten der ersten Steuereinrichtung zu erreichen, ist es günstig, wenn die Klappenbereiche der ersten Drosseleinrichtung beidseits der Drehachse widerstandsgleich ausgeführt sind.

Eine einfache Steuerung der Einlassströmung wird möglich, wenn die erste und die zweite Drosseleinrichtung in zumindest einem Betriebsbereich aneinander gekoppelt sind.

In einer besonders bevorzugten montage-und wartungsfreundlichen Ausfüh- rungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Dros- seleinrichtung und vorzugsweise auch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in einem gemeinsamen Drosselklappenstutzen angeordnet sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Einlasskanalanordnung der erfindungsgemäßen Brennkraftma- schine, Fig. 2 die Einlasskanalanordnung in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 die Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1.

Die Brennkraftmaschine weist pro Zylinder 1 einen ersten Einlasskanal 2 und ei- nen zweiten Einlasskanal 3 auf, welche jeweils zu einem in einen Brennraum 5 mündenden Einlassventil 4 führen. Auf der bezüglich der Einlassventile 4 gegen- überliegenden Seite des Zylinders 1 sind Auslassventile 6 angedeutet. Zentral im Zylinder 1 ist eine Zündkerze 7 angeordnet.

Der erste Eilnasskanal 2 ist als Tangentialkanal und der zweite Einlasskanal 3 als Neutralkanal ausgeführt. Beide Einlasskanäle 2,3 gehen von einem gemeinsa- men Sammelkanal 8 aus. Ab dem Bereich einer Verzweigung 9 sind die beiden Einlasskanäle 2,3 durch eine Kanaltrennwand 10 voneinander getrennt.

Zur Steuerung der Frischgasströmung ist im Strömungsweg zum zweiten Ein- lasskanal 3 eine durch eine Klappe gebildete Drosseleinrichtung 11 angeordnet, welche zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung verstellt wer- den kann. Die Öffnungsstellung ist in Fig. 1 mit strichlierten Linien angedeutet.

Um ein neutrales Drehverhalten zu erreichen, weisen die Klappenberei- che llb, llc beidseits der Drehachse lla den gleichen Luftwiderstand bezüglich der Einlassströmung auf.

Die erste Drosseleinrichtung 11 weist zumindest in der der Trennwand 10 zuge- wandten Hälfte mehrere durch Bohrungen gebildete Leckageöffnungen 12 mit vordefiniertem Querschnitt auf, um in der in Fig. 1 mit vollen Linien eingezeich- neten Schließstellung einen genau definierten Leckagestrom durch den zweiten Einlasskanal 3 zu ermöglichen. Stromaufwärts der ersten Drosseleinrichtung 11 mündet in den Sammelkanal 8 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 ein, deren Mündung mit. 14 bezeichnet ist. Über die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 wird Kraftstoff in beide Einlasskanäle 2,3 eingespritzt. Die Kraftstoffstrahlen des ers- ten und zweiten Einlasskanals 2,3 sind mit Bezugszeichen 15,16 bezeichnet. Im geschlossenen Zustand der ersten Drosseleinrichtung 11 sind die Kraftstoff- strahlen 16 für den zweiten Einlasskanal 3 auf die Leckageöffnungen 12 gerich- tet, so dass der Kraftstoff durch die geschlossene erste Drosseleinrichtung 11 hindurch in den zweiten Einlasskanal 3 eingespritzt werden kann.

Die erste Drosseleinrichtung 11 ist größer ausgeführt als der Querschnitt des zweiten Einlasskanals 3. Die Drehachse lla der ersten Drosseleinrichtung 11 ist stromaufwärts der Verzweigung 9 angeordnet, so dass die erste Drosseleinrich- tung 11 in der Schließstellung mit der Kanaltrennwand 10 einen stumpfen Winkel (x > 90° einschließt. Dies erlaubt eine verlustarme Umleitung der Frischgasströ- mung in den ersten Einlasskanal 2, wie durch den Pfeil P in Fig. 1 angedeutet ist.

Durch die Kraftstoffeinspritzung durch die Leckageöffnungen 12 kann es zu einer Kraftstofffilmbildung auf der Oberfläche der ersten Drosseleinrichtung 11 kom- men. Um den Kraftstoff der Frischgasströmung zuzuführen, weist die erste Dros- seleinrichtung 11 eine in der Schließstellung in den ersten Einlasskanal 2 leicht hineinragende Abrisskante 17 auf, an welcher sich die Kraftstofftröpfchen lösen und in die Frischgasströmung des ersten Einlasskanals 2 gelangen (Fig. 2). Eine Wandfilmbildung an der Kanaltrennwand 10 wird somit vermieden. Der überste- hende Teil der ersten Drosseleinrichtung 11 ist mit dem Bezugszeichen 18 be- zeichnet.

Stromaufwärts der Mündung 14 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung 13 ist eine durch eine Klappe gebildete zweite Drosseleinrichtung 19 angeordnet, mit wel- cher der Gesamtzufluss an Frischgas entsprechend der Motorlast gesteuert wer- den kann.

Die erste Drosseleinrichtung 11 und die zweite Drosseleinrichtung 19 sind in ei- nem gemeinsamen, am Zylinderkopf 21 angeflanschten und die Kraftstoffein- spritzeinrichtung 13 aufnehmenden Drosselklappenstutzen 20 angeordnet.