DE19511136A1

DE19511136A1 - IC engine with three inlet valves

Info

Publication number: DE19511136A1
Application number: DE19511136A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl Ing Enderle; Stefan Dr Ing Pischinger; Bernd Platten; Klaus Roesler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 1996-05-23

Abstract

Each of the three inlet valves has an inlet duct (2-4) in at least one part of which is generated a turbulent flow depending on load conditions of the engine in a variable manner. A stronger turbulent flow is generated at partial load than at full load.Pref. the air-fuel mixt. flow and the air flow is controllable by stop members (9,11) such that at the partial load an air-fuel mixt. is supplied only via the middle duct (3) as turbulent one, while at full load the two outer inlet ducts, as filling ones, are used.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to an internal combustion engine the one defined in the preamble of claim 1 Art.

Bekanntlich kann durch eine Variation der Einlaßströ mung bei Otto-Motoren die Verbrennung beeinflußt wer den. Neben der Erzeugung eines Dralles um die Zylin derachse gibt es die Möglichkeit, eine Ladungsbewegung um eine horizontale Achse entstehen zu lassen. Eine derartige Ladungsbewegung wird "Tumble" oder "Tumble- Strömung" genannt.As is known, by varying the inlet flows In the case of Otto engines, combustion affects who the. In addition to creating a twist around the zylin therefore there is the possibility of a charge movement to create a horizontal axis. A such charge movement becomes "tumble" or "tumble- Flow ".

Aus der DE 42 33 640 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit drei Einlaßventilen bekannt, denen jeweils ein se parater Ansaugkanal zugeordnet ist. Zwei Ansaugkanäle führen dabei nur Luft, während der dritte Kraftstoff führt. Alle drei Kanäle sind so ausgebildet, daß sich eine walzenförmige Einströmung um eine Horizontalach se, eine sogenannte Tumble-Strömung genannt, ergibt. Die erzeugte Tumble-Strömung entsteht stets gleich in allen Last- und Drehzahlbereichen.DE 42 33 640 A1 is an internal combustion engine known with three inlet valves, each one se separate intake duct is assigned. Two intake channels only carry air while the third fuel leads. All three channels are designed so that a cylindrical inflow around a horizontal axis se, called a so-called tumble flow. The generated tumble flow always arises in the same way all load and speed ranges.

Aus der EP 0 537 745 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit zwei Einlaßkanälen bekannt, wobei ein Einlaßkanal dauernd im Einsatz ist, während der zweite Einlaßkanal mit einem Ventil geöffnet und geschlossen werden kann. Je nach Öffnungszustand des Ventiles wird das Verhält nis Tumble-Strömung zu Drallströmung allmählich in Richtung Tumble-Strömung erhöht. Mit anderen Worten, von einem Vertikaldrall wird allmählich auf einen Ho rizontaldrall übergegangen.An internal combustion engine is known from EP 0 537 745 A1 known with two inlet channels, one inlet channel is in constant use while the second inlet duct can be opened and closed with a valve. Depending on the opening condition of the valve, the ratio nis tumble flow gradually into swirl flow Increased towards tumble flow. In other words, from a vertical swirl gradually to a ho rizontaldrall passed over.

Es wurde nun festgestellt, daß sich bei einer starken Tumble-Strömung eine bessere Abmagerbarkeit des Kraft stoff-/Luftgemisches ergibt. Ebenso ist es möglich, höhere Abgasrückführraten zu fahren. Bei Vollast be wirkt jedoch eine starke Tumble-Strömung eine schnelle Verbrennung und damit schnelle Druckanstiege. Um die Verbrennungsgeräusche auf einem niedrigen Niveau zu halten, sind jedoch schnelle Druckanstiege uner wünscht.It has now been found that a strong Tumble flow improves the ability to lose weight substance / air mixture results. It is also possible drive higher exhaust gas recirculation rates. At full load however, a strong tumble flow affects a quick one Combustion and therefore rapid pressure increases. To the Burning noise at a low level too hold, however, rapid increases in pressure are essential wishes.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der bei Vollast keine schnellen Druckanstiege entstehen, hingegen bei Teillast ein besseres Teillastverhalten, insbesondere eine bessere Abmagerbarkeit, möglich ist.The present invention therefore has the object reasons, an internal combustion engine of the type mentioned To create a way that is not quick at full load Pressure increases occur, however, at partial load better part load behavior, especially better Leanness is possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge löst.According to the invention, this task is characterized by the drawing part of claim 1 mentioned features ge solves.

Erfindungsgemäß wird nun die Tumble-Strömung in den Einlaßkanälen variabel gestaltet. Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, mit einer entsprechend redu zierten Tumble-Strömung schnelle Druckanstiege und da mit hohe Verbrennungsgeräusche bei Vollast zu vermei den. Andererseits wird durch eine stärkere Tumble- Strömung im Teillastbereich ein besseres Verhalten in diesem Bereich erreicht.According to the invention, the tumble flow is now in the Inlet channels designed variably. That way given the opportunity with a corresponding reduction adorned tumble flow rapid pressure increases and there with high combustion noises to avoid at full load the. On the other hand, a stronger tumble Flow in the partial load range a better behavior in reached this area.

Konstruktiv läßt sich eine derart variable Tumble- Strömung bei einer Brennkraftmaschine mit drei Einlaß ventilen auf erfindungsgemäße Weise dadurch realisie ren, daß im Teillastbereich nur ein Teil der Einlaßka näle aktiv bzw. von einem Luft-Kraftstoffgemisch durchströmt ist, während der andere Teil durch Ab sperrorgane ganz oder teilweise außer Funktion gesetzt ist.Such a variable tumble can be constructively Flow in an internal combustion engine with three inlet valves realisie thereby ren that only part of the inlet ka in the partial load range active or from an air / fuel mixture is flowed through, while the other part through Ab blocking organs completely or partially deactivated is.

Erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Weiterbildungen hierzu ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be schriebenen Ausführungsbeispielen.Refinements and developments according to the invention this results from the subclaims and the following in principle with reference to the drawing written embodiments.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Teil lastbetrieb, Fig. 1 shows an embodiment of the invention in the load operation part,

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 bei Vollastbetrieb, Fig. 2 shows the embodiment of FIG. 1 at full load,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Teillastbetrieb, Fig. 3 shows a second embodiment of the invention in partial load operation,

Fig. 4 das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 bei Vollastbetrieb, Fig. 4 shows the embodiment of FIG. 3 at full load operation,

Fig. 5 eine Einrichtung zur Erzeugung einer Tumble- Strömung in einem Einlaßkanal, Fig. 5 shows a device for generating a tumble flow in an intake passage,

Fig. 6 eine andere Einrichtung zur Erzeugung einer Tumble-Strömung in einem Einlaßkanal. Fig. 6 shows another device for generating a tumble flow in an intake passage.

Aus der Fig. 1 ist in Prinzipdarstellung eine Brenn kraftmaschine mit drei Einlaßventilen 1 (siehe Fig. 5) und drei jeweils separat einem Einlaßventil 1 zugeord neten Einlaßkanälen 2, 3 und 4 ersichtlich. Darge stellt ist dabei ein Vierzylindermotor mit jeweils zwei Auslaßkanälen 5 und 6 pro Zylinder 7.From Fig. 1, an internal combustion engine with three intake valves 1 (see FIG. 5) and three each separately assigned an intake valve 1 inlet channels 2 , 3 and 4 is shown in principle. Darge is a four-cylinder engine, each with two exhaust ports 5 and 6 per cylinder 7th

Wie ersichtlich mündet jeder Einlaßkanal 3 zentral in einen Zylinder, während jeweils ein Einlaßkanal 2 bzw. 4 seitlich neben dem Einlaßkanal 3 angeordnet ist. Al le Einlaßkanäle 3 der vier Zylinder 7 sind über einen gemeinsamen Zentralkanal 8, in welchem sich ein Ab sperrventil 9 befindet, miteinander verbunden. Die beiden Einlaßkanäle 2 und 4 jedes Zylinders 7 sind ebenfalls gemeinsam über einen Zentralkanal 10, der ebenfalls mit einem Absperrventil 11 versehen ist, verbunden. Beide Zentralkanäle 8 und 10 sind mit einem Gesamtzulaufkanal 12 verbunden, in welchen ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff einströmt.As can be seen, each inlet channel 3 opens centrally into a cylinder, while an inlet channel 2 or 4 is arranged laterally next to the inlet channel 3 . Al le inlet channels 3 of the four cylinders 7 are connected to one another via a common central channel 8 , in which a shut-off valve 9 is located. The two inlet channels 2 and 4 of each cylinder 7 are also connected together via a central channel 10 , which is also provided with a shut-off valve 11 . Both central channels 8 and 10 are connected to an overall inlet channel 12 , into which a mixture of air and fuel flows.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel wird die gewünschte starke Tumble-Strö mung bei Teillast und die gewünschte Strömung mit ge ringem Tumble oder mit keinem Tumble im Vollastbereich auf folgende Weise erzeugt:In the exemplary embodiment shown in FIGS . 1 and 2, the desired strong tumble flow at partial load and the desired flow with a small tumble or with no tumble in the full load range are generated in the following manner:

Im Teillastbereich, gemäß Fig. 1, erfolgt ein Betrieb bzw. eine Versorgung der Zylinder 7 mit einem Luft- Brennstoffgemisch nur über den jeweils mittleren Ein laßkanal 3, denn in den Zentralkanal 8 kann durch das offene Absperrventil 9 das Luft-Kraftstoffgemisch ein strömen, während die beiden anderen Einlaßkanäle 2 und 4 aufgrund der Sperrstellung des Absperrventiles 11 funktionslos sind. Die zentralen Einlaßkanäle 3 sind dabei als Tumble-Kanäle ausgeführt, d. h. sie sind so ausgestaltet, daß sich eine Tumble-Strömung ergibt.In the partial load range, according to FIG. 1, the cylinders 7 are operated or supplied with an air-fuel mixture only via the middle inlet duct 3 , because the air-fuel mixture can flow into the central duct 8 through the open shut-off valve 9 , while the other two inlet channels 2 and 4 are inoperative due to the blocking position of the shut-off valve 11 . The central inlet channels 3 are designed as tumble channels, ie they are designed so that a tumble flow results.

Bei Vollastbetrieb, gemäß Fig. 2, werden jeweils die beiden seitlichen Einlaßkanäle 2 und 4 durch ein ent sprechendes Öffnen des Absperrventiles 11 und damit einer Freigabe des Luft-Brennstoffgemisches für eine Einströmung in den Zentralkanal 10 zugeschaltet. Die seitlichen Einlaßkanäle 2 und 4 sind jedoch jeweils nur als normale Füllungskanäle ausgeführt, d. h. in diesen findet eine glatte störungsfreie Strömung ohne Drall und Tumble statt. Auf diese Weise ist die Tumble-Wirkung bei Vollast deutlich geringer als bei Teillast.At full load, as shown in FIG. 2, the two lateral inlet channels 2 and 4 are switched on by a corresponding opening of the shut-off valve 11 and thus a release of the air-fuel mixture for an inflow into the central channel 10 . However, the lateral inlet channels 2 and 4 are each only designed as normal filling channels, ie a smooth, trouble-free flow without swirl and tumble takes place in these. In this way, the tumble effect at full load is significantly lower than at partial load.

In den Fig. 3 und 4 ist eine Alternativlösung hier zu dargestellt. Grundsätzlich ist dieses Ausführungs beispiel jedoch von gleichem Aufbau, weshalb auch die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind.In FIGS. 3 and 4 an alternative solution is shown here. In principle, however, this embodiment is of the same structure, which is why the same reference numerals have been retained.

Der einzige Unterschied besteht lediglich im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 darin, daß bei Teillastbereich gemäß Fig. 3 nur die beiden jeweils seitlichen Kanäle 2 und 4 offen sind. Die seitlichen Kanäle 2 und 4 sind in diesem Falle als Tumble-Kanäle ausgeführt und erzeugen eine entspre chende Tumble-Strömung. Der Zentralkanal 8 für die Versorgung der Kanäle 3 ist durch das Absperrventil 9 abgesperrt. The only difference in comparison to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 is that in the partial load range according to FIG. 3 only the two respective lateral channels 2 and 4 are open. The side channels 2 and 4 are designed in this case as tumble channels and generate a corresponding tumble flow. The central channel 8 for supplying the channels 3 is shut off by the shut-off valve 9 .

Bei Vollast, gemäß Fig. 4, wird das Absperrventil 9 geöffnet, und die zentralen Einlaßkanäle 3 werden auf diese Weise zugeschaltet. Die zentralen Kanäle 3 sind in diesem Falle als Füllungskanäle ohne Drall- oder Tumble-Strömung ausgebildet.At full load, according to FIG. 4, the shut-off valve 9 is opened and the central inlet channels 3 are switched on in this way. In this case, the central channels 3 are designed as filling channels without swirl or tumble flow.

In diesen Fig. 5 und 6 sind zwei Beispiele für die Erzeugung einer Tumble-Strömung in einem Einlaßkanal dargestellt.In these FIGS. 5 and 6 show two examples of the generation of a tumble flow are illustrated in an intake passage.

Gemäß Fig. 5 ist als verstellbare Strömungsleitein richtung eine in den Strömungsweg einschwenkbare Klap pe 13 vorgesehen. Die Einschwenkung der Klappe 13 und damit die Erzeugung einer Wirbel- bzw. Tumble-Strömung kann durch eine nicht näher dargestellte Verstellein richtung 14 erfolgen. Die Verstelleinrichtung kann elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf ähnliche Weise betätigt werden. Die Klappe 13 wird dabei um einen Drehpunkt 18 derart verschwenkt, daß sie wie eine schräge Rampe in Form einer Strömungswegverengung in den betreffenden Einlaßkanal eingeschwenkt wird. FIG. 5 is adjustable as a swivel-Strömungsleitein direction in the flow path 13 is provided Klap pe. The pivoting of the flap 13 and thus the generation of a vortex or tumble flow can be done by a Verstellein device 14 , not shown. The adjustment device can be operated electrically, hydraulically, pneumatically or in a similar manner. The flap 13 is pivoted about a fulcrum 18 in such a way that it is pivoted into the relevant inlet channel like an inclined ramp in the form of a flow path constriction.

In der Fig. 6 ist als Verstelleinrichtung eine Dros selklappe 15 dargestellt. Die Drosselklappe 15 befin det sich schwenkbar auf einer den betreffenden Einlaß kanal quer durchsetzenden Achse 17. Die Drosselklappe 15 ist so ausgestaltet, daß sie nicht vollständig den Querschnitt des Einlaßkanales überdeckt, vielmehr ver bleibt ein Kreissegment 16 offen. In der in der Fig. 6 dargestellten Position, in welcher sich die Drossel klappe 15 in ihrer Sperrstellung befindet, kann eine Strömung nur über das Kreissegment 16 erfolgen, wo durch sich eine entsprechende Tumble-Strömung ergibt. In Fig. 6, a throttle valve 15 is shown as an adjusting device. The throttle valve 15 is located on a pivotable axis 17 which extends through the relevant inlet duct. The throttle valve 15 is designed such that it does not completely cover the cross section of the inlet channel, rather a circular segment 16 remains open. In the position shown in FIG. 6, in which the throttle valve 15 is in its blocking position, a flow can only take place over the circular segment 16 , where a corresponding tumble flow results.

Wird die Drosselklappe um 90° um die Drehachse 17 ge schwenkt, steht der-gesamte Strömungsquerschnitt zur Verfügung, weshalb in diesem Falle eine störungsfreie, wirbelfreie Strömung gegeben ist.If the throttle valve pivots through 90 ° about the axis of rotation 17 , the entire flow cross-section is available, which is why in this case there is a trouble-free, vortex-free flow.

Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Erzeugung ei ner Tumble-Strömung ist auch unabhängig von den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, die sich auf eine Konstruktion mit drei Einlaßventilen bezieht, möglich. Je nach Stellung der verstellbaren Strömungsleiteinrichtungen, nämlich der Klappe 13 oder der Drosselklappe 15, kann in einem Einlaßkanal eine Tumble-Strömung oder eine tumblefreie Strömung erzeugt werden. Ebenso sind in diesem Falle auch Variationen der Tumble-Strömung zwischen maximal und minimal mög lich. Hierzu ist es lediglich erforderlich, die Klappe 13 bzw. die Drosselklappe 15 entsprechend in Zwischen stellungen zu positionieren. Dies bedeutet, daß man mit einer derartigen Strömungsleiteinrichtung auch eine Variation einer Tumble-Strömung bei Vorliegen nur eines einzigen oder auch bei zwei Einlaßkanälen errei chen kann.The generation of a tumble flow shown in FIGS . 5 and 6 is also possible independently of the exemplary embodiments shown in FIGS . 1 to 4, which relates to a construction with three inlet valves. Depending on the position of the adjustable flow control devices, namely the flap 13 or the throttle valve 15 , a tumble flow or a tumble-free flow can be generated in an inlet channel. Variations in the tumble flow between maximum and minimum are also possible in this case. For this it is only necessary to position the flap 13 or the throttle valve 15 in intermediate positions accordingly. This means that one can achieve such a variation of a tumble flow in the presence of only a single or even two inlet channels with such a flow guide.

Claims

1. Internal combustion engine with three inlet valves and separate inlet channels for each inlet valve, where a tumble flow is formed in at least some of the inlet channels, characterized in that the tumble flow is dependent on the load of the internal combustion engine in the inlet channels ( 2 , 3 , 4 ) is variably designed in such a way that a stronger tumble flow is generated at part load than at full load.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the air-fuel flow and the air flow in the inlet channels ( 2 , 3 , 4 ) by shut-off devices ( 9 , 11 ) is controllable in such a way that at partial load, an air-fuel flow operated only via the middle channel ( 3 ) designed as a tumble channel and the two outer inlet channels ( 2 , 4 ) working as filling channels can be switched on at full load.

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the air-fuel flow and the air flow in the inlet channels ( 2 , 3 , 4 ) by shut-off devices ( 9 , 11 ) is controlled such that at partial load, an air-fuel flow operated only via the two outer as tumble channels formed Ka channels ( 2 , 4 ), and at full load the middle inlet channel ( 3 ) designed as a filling channel can be switched.

4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that in at least one of the inlet channels ( 2 , 3 , 4 ) an adjusting device ( 13 , 15 ) is arranged for generating a tumble flow.

5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the adjusting device has a throttle member ( 15 ) which is arranged in the end region of the inlet channel ( 3 ) before the inlet valve ( 1 ) and which, when the tumble flow is desired, part of the inlet channel ( 3 ) covers.

6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the throttle member has a throttle valve ( 15 ) with a the inlet channel ( 3 ) in the lower region at ge desired tumble flow covering shut-off member.

7. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the adjusting device in the inlet channel ( 3 ) has arranged adjustable flow guide devices ( 13 ).

8. Internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the adjustable flow guide we at least one in the flow path pivotable flap ( 13 ).