DE102009051541A1 - Inlet channel arrangement for internal combustion engine, has two inlet channels and flange-sided end for connecting with combustion air system, and intake-sided end - Google Patents

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Abstract

The inlet channel arrangement has two inlet channels (10,12) and a flange-sided end (14) for connecting with a combustion air system, and an intake-sided end (16). The two inlet channels are formed for separate discharging into a common working cylinder and are arranged between the intake-sided end and the flange-sided end. The inlet channels are fluidically connected with each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlasskanälen und mit einem flanschseitigen Ende zum Verbinden mit einer Verbrennungsluftanlage und einem einlassseitigen Ende, bei dem mindestens ein erster Einlasskanal und mindestens ein zweiter Einlasskanal zum getrennten Einmünden in einen gemeinsamen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine ausgebildet sind, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an intake duct arrangement for an internal combustion engine having at least two intake ports and having a flange end for connection to a combustion air system and an inlet end, wherein at least a first inlet channel and at least one second inlet channel are formed for separate confluence in a common working cylinder of the internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Beim bekannten Miller/Atkinson-Zyklus wird der Zeitpunkt ”Einlassventil schließt” (ES) nach spät verschoben. Auf diese Weise wird bereits im Zylinder befindliches Frischgas bzw. Verbrennungsluft teilweise wieder in einen Einlasskanal für Verbrennungsluft ausgeschoben. Dies bedeutet einen Füllungsnachteil, der aber über eine Aufladung mit einem geeigneten Ladedruck kompensiert wird. Dabei ist der Ladedruck im Volumen zwischen Laderausgang und Motoreinlass so zu regeln, dass der Ladedruck in jedem Miller-Betriebspunkt, d. h. jeder Betriebspunkt in dem der Miller/Atkinson-Zyklus zur Anwendung kommt, dem theoretischen Verdichtungsenddruck in den Arbeitszylindern der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt Einlassventil schließt entspricht.In the familiar Miller / Atkinson cycle, the "intake valve closing" (ES) time is postponed. In this way fresh gas or combustion air already present in the cylinder is partially ejected again into an inlet channel for combustion air. This means a filling disadvantage, which is compensated but via a charge with a suitable boost pressure. In this case, the boost pressure in the volume between the loader outlet and the engine inlet is to be regulated in such a way that the boost pressure in each Miller operating point, ie. H. each operating point in which the Miller / Atkinson cycle is used, corresponds to the theoretical compression end pressure in the working cylinders of the internal combustion engine at the time intake valve closes.

Der positive Effekt des Miller/Atkinson-Zyklus mittels frühem oder spätem Zeitpunkt für das Schließen des Einlassventils auf die NOx-Emission und Homogenisierbarkeit des Dieselgemischs ist bekannt. Weiterhin kann bei ottomotorischen Anwendungen die Klopfneigung bei Hochaufladung deutlich reduziert werden. Im Gegensatz zum Ottomotor, der aufgrund fehlender geometrischer Zwänge mit positiver Ventilüberschneidung arbeiten kann, ist beim Dieselmotor eine einfache Umsetzung des Verfahrens mit Hilfe eines Phasenstellers generell nicht möglich. Grund hierfür ist eine mechanische Kollision des Ventils mit dem Kolben bei Frühverstellung und vermehrte Pumparbeit bei Spätverstellung.The positive effect of the Miller / Atkinson cycle on early or late intake valve closure on NO x emission and homogeneity of the diesel mixture is known. Furthermore, in the case of Otto engine applications, the tendency to knock when being supercharged can be significantly reduced. In contrast to the gasoline engine, which can work due to lack of geometric constraints with positive valve overlap, in the diesel engine, a simple implementation of the method using a phaser is generally not possible. The reason for this is a mechanical collision of the valve with the piston during early adjustment and increased pumping work with retardation.

Außerdem steht in der Regel für die ”Millerphase” vor Verdichtungsbeginn lediglich ein Einlassventil zur Verfügung, welches bis zu Kurbelwinkeln weit nach Ladungswechsel-UT (Unterer Totpunkt des Hubkolbens nach dem Ladungswechsel) zum Realisieren der ”Millerphase” vor Verdichtungsbeginn geöffnet bleiben kann. Somit steht für das Ausströmen von Frischgas aus dem Arbeitszylinder während der ”Millerphase” vor Verdichtungsbeginn dementsprechend auch nur das Volumen eines Einlasskanals zur Verfügung, auch wenn für den jeweiligen Arbeitszylinder zwei oder mehr Einlasskanäle vorgesehen sind.In addition, usually only one inlet valve is available for the "Millerphase" prior to the start of compression, which can remain open until the crank angles are far after the change of charge UT (bottom dead center of the reciprocating piston after the charge change) to realize the "Millerphase" before the start of compression. Accordingly, only the volume of an inlet channel is available for the outflow of fresh gas from the working cylinder during the "Millerphase" before the start of compression, even if two or more inlet channels are provided for the respective working cylinder.

Aus der gattungsgemäßen EP 1 167 719 B1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, die pro Arbeitszylinder einen ersten Einlasskanal und einen zweiten Einlasskanal aufweist, wobei beide Einlasskanäle als Füllungskanäle ausgebildet sind und jeweils über ein Einlassventil in einen Zylinderraum münden. Die Einlasskanäle münden somit getrennt voneinander in einen gemeinsamen Arbeitszylinder.From the generic EP 1 167 719 B1 an internal combustion engine is known, which has a first inlet channel and a second inlet channel per working cylinder, wherein both inlet channels are formed as filling channels and open in each case via an inlet valve into a cylinder chamber. The inlet channels thus open separately into a common working cylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einlasskanalanordnung der o. g Art dahin gehend zu verbessern, dass eine mit dieser Einlasskanalanordnung ausgestattete Brennkraftmaschine den Miller/Atkinson-Zyklus besonders vorteilhaft ausführen kann.The object of the invention is to improve an inlet duct arrangement of the above-mentioned type in such a way that an internal combustion engine equipped with this inlet duct arrangement can execute the Miller / Atkinson cycle in a particularly advantageous manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einlasskanalanordnung der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by an inlet channel arrangement of o. G. Art solved with the features characterized in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Dazu ist es bei einer Einlasskanalanordnung der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens ein erster Einlasskanal und mindestens ein zweiter Einlasskanal, die zum getrennten Einmünden in einen gemeinsamen Arbeitszylinder ausgebildet sind, zwischen dem einlassseitigen Ende und dem flanschseitigen Endes sowie beabstandet von dem einlassseitigen Ende und von dem flanschseitigen Ende fluidleitend miteinander verbunden sind.For this it is in an inlet channel arrangement of o. Art according to the invention provided that at least a first inlet channel and at least one second inlet channel, which are designed for separate confluence in a common working cylinder, between the inlet side and the flange end and spaced apart from the inlet end and the flange side end are fluidly connected to each other.

Dies hat den Vorteil, dass bei Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer derartigen Einlasskanalanordnung mit einem Miller-Atkinson-Zyklus und nur einem Einlassventil pro Arbeitszylinder, welches in einer ”Millerphase” vor Kompressionsbeginn offen bleibt, in dieser ”Millerphase” vor Kompressionsbeginn über das einzige, offene Einlassventil ein verlustfreies Ausströmen von Frischgas erfolgt, da auch ein Teil des Volumens desjenigen anderen, diesem Arbeitszylinder zugeordneten Einlasskanals, dessen Einlassventil in der Millerphase geschlossen bleibt, als Volumen zum Einströmen von Frischgas zur Verfügung steht. Trotzdem bleibt eine weitgehend getrennte Führung von Verbrennungsluft in den Einlasskanälen der Einlasskanalanordnung mit reduziertem Einfluss auf eine etwaige, in den Einlasskanälen erzeugte Ladungsbewegung durch die Beabstandung der fluidleitenden Verbindung von einlassseitigem Ende und flanschseitigem Ende erhalten.This has the advantage that when operating an internal combustion engine having such an inlet duct arrangement with a Miller-Atkinson cycle and only one inlet valve per working cylinder, which remains open in a "Millerphase" before the start of compression, in this "Millerphase" before the start of compression of the single, open inlet valve, a loss-free outflow of fresh gas takes place, since a part of the volume of that other, this working cylinder associated inlet channel, the inlet valve remains closed in the Millerphase, is available as a volume to flow in fresh gas. Nevertheless, largely disjointed guidance of combustion air in the intake passages of the intake passage assembly with reduced influence on any charge movement created in the intake passages is obtained by the spacing of the fluid conducting connection from the intake end and the flange side end.

Eine besonders gute Wirkung der fluidleitenden Verbindung für das verlustfreie Ausströmen von Frischgas in der Millerphase vor Kompressionsbeginn erzielt man dadurch, dass ein stromabseitiges Ende der fluidleitenden Verbindung bezogen auf eine Verbrennungsluftströmung in der Einlasskanalanordnung entlang eines Strömungspfades in den miteinander fluidleitend verbundenen Einlasskanälen gesehen näher an dem einlassseitigen Ende als an dem flanschseitigen Ende der Einlasskanalanordnung angeordnet ist.A particularly good effect of the fluid-conducting connection for the loss-free outflow of fresh gas in the Millerphase before compression start is achieved in that a downstream end of the fluid-conducting connection with respect to a combustion air flow in the inlet channel arrangement along a flow path in the fluid-conductively connected inlet channels closer to the inlet side End than at the flange-side end of the inlet channel assembly is arranged.

Eine besonders gute Verbrennung durch entsprechende Ladungsbewegung erzielt man dadurch, dass mindestens ein Einlasskanal als Drallkanal ausgebildet ist und/oder mindestens ein Einlasskanal als Tangentialkanal ausgebildet ist.A particularly good combustion by corresponding charge movement is achieved in that at least one inlet channel is designed as a swirl channel and / or at least one inlet channel is designed as a tangential channel.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlasskanalanordnung in perspektivischer Ansicht.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in the only Fig. A preferred embodiment of an inlet channel arrangement according to the invention in a perspective view.

Die in der einzigen Fig. dargestellte, bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine umfasst einen ersten Einlasskanal 10 und einen zweiten Einlasskanal 12, die zwischen einem flanschseitigen Ende 14 und einem einlassseitigen Ende 16 der Einlasskanalanordnung ausgebildet sind. Am flanschseitigen Ende 14 ist die Einlasskanalanordnung zum fluidleitenden Verbinden mit einer Verbrennungsluftanlage (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine ausgebildet. Am einlassseitigen Ende sind die beiden Einlasskanäle zum getrennten Einmünden in einen gemeinsamen Arbeitszylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine ausgebildet. Hierbei ist an einer ersten Einmündung 18 des ersten Einlasskanals 10 ein erstes Einlassventil (nicht dargestellt) und an einer zweiten Einmündung 20 des zweiten Einlasskanals 12 ein zweites Einlassventil (nicht dargestellt) vorgesehen. Zum Realisieren eines Miller-Atkinson-Zyklus ist eine Betätigung für das erste Einlassventil an der ersten Einmündung 18 derart ausgebildet, dass bei dieser ersten Einmündung 18 das erste Einlassventil auch nach einem UT (Unterer Totpunkt eines Hubkolbens in diesem Arbeitszylinder) nach dem Ladungswechsel geöffnet bleibt, so dass statt einer sofortigen Verdichtung bzw. Kompression zunächst ein Teil der Verbrennungsluft bzw. Frischgasladung aus diesem Arbeitszylinder wieder zurück in den ersten Einlasskanal 10 ausgeschoben wird. Dieses teilweise Ausschieben von Frischgas wird hierin als ”Millerphase vor dem Verdichtungsbeginn” bezeichnet. Die Betätigung dieses ersten Einlassventils an der ersten Einmündung 18 des ersten Einlasskanals 10 ist beispielsweise mit einem Phasensteller für eine dieses Einlassventil betätigende Nockenwelle ausgebildet.The preferred embodiment of an intake duct arrangement according to the invention for an internal combustion engine shown in the single FIGURE comprises a first intake duct 10 and a second inlet channel 12 between a flange-side end 14 and an inlet end 16 the inlet channel arrangement are formed. At the flange end 14 the inlet duct arrangement is designed for fluid-conducting connection to a combustion air system (not shown) of the internal combustion engine. At the inlet end, the two inlet channels for the separate confluence with a common working cylinder (not shown) of the internal combustion engine are formed. This is at a first junction 18 of the first inlet channel 10 a first inlet valve (not shown) and at a second confluence 20 of the second intake port 12 a second inlet valve (not shown) is provided. To implement a Miller-Atkinson cycle, actuation is for the first inlet valve at the first junction 18 designed such that at this first junction 18 the first inlet valve remains open even after a UT (bottom dead center of a reciprocating piston in this working cylinder) after the charge change, so that instead of an immediate compression or compression, first part of the combustion air or fresh gas charge from this working cylinder back into the first inlet channel 10 is ejected. This partial exhaust of fresh gas is referred to herein as "pre-compression miller phase". The operation of this first inlet valve at the first junction 18 of the first inlet channel 10 is designed, for example, with a phaser for a camshaft that actuates this intake valve.

In der Millerphase vor dem Verdichtungsbeginn steht zunächst nur das Volumen des ersten Einlasskanals 10 für das Ausschieben von Frischgas vor dem Verdichtungsbeginn zur Verfügung. Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, dass der erste Einlasskanal 10 beabstandet von dem einlassseitigen Ende und beabstandet von dem flanschseitigen Ende der Einlasskanalanordnung über eine fluidleitende Verbindung 22 mit dem zweiten Einlasskanal 12, der in den gleichen Arbeitszylinder mündet, wie der erste Einlasskanal 10, verbunden ist. Vorteilhafterweise befindet sich diese fluidleitende Verbindung 22 näher an dem einlassseitigen Ende als an dem flanschseitigen Ende der Einlasskanalanordnung, da hierdurch der nachfolgend erläuterte Effekt dieser fluidleitenden Verbindung 22 für die Millerphase vor dem Verdichtungsbeginn verstärkt wird. Durch diese fluidleitende Verbindung 22 steht für das Ausschieben von Frischgas während der Millerphase vor dem Verdichtungsbeginn zusätzlich ein Teil des Volumens des zweiten Einlasskanals zur Verfügung, obwohl das zweite Einlassventil an der zweiten Einmündung 20 geschlossen bleibt. Hierdurch liegt für dieses Ausschieben von Frischgas ein verringerter Strömungswiderstand vor und das Ausströmen von Frischgas während der Millerphase vor dem Verdichtungsbeginn erfolgt wesentlich verlustfreier als wenn nur ein Einlasskanal als Ausströmvolumen zur Verfügung steht.In the Millerphase before the start of compression is initially only the volume of the first intake port 10 for the discharge of fresh gas before the start of compression available. According to the invention, it is now provided that the first inlet channel 10 spaced from the inlet end and spaced from the flange end of the inlet channel assembly via a fluid conducting connection 22 with the second inlet channel 12 which opens into the same working cylinder as the first inlet channel 10 , connected is. Advantageously, this fluid-conducting connection is located 22 closer to the inlet-side end than to the flange-side end of the inlet channel arrangement, since this results in the subsequently explained effect of this fluid-conducting connection 22 for the Miller phase before the start of compression. Through this fluid-conducting connection 22 For the exhaust of fresh gas during the Millerphase before the start of compression additionally a portion of the volume of the second inlet channel is available, although the second inlet valve at the second junction 20 remains closed. As a result, there is a reduced flow resistance for this expulsion of fresh gas and the outflow of fresh gas during the Millerphase before the start of compression takes place substantially lossless than if only one inlet channel is available as outflow volume.

Die fluidleitende Verbindung 22 ist möglichst nah vor den Einlassventilen bzw. vor den Einmündungen 18, 20 angeordnet. Die soll bei leichter Spätverstellung zur Füllungsoptimierung bei hoher Drehzahl die damit auftretenden Schwingrohrladeeffekte besser einfangen und bei starker Spätverstellung einen größeren Ausströmquerschnitt sicherstellen. Weiterhin wird eine homogenere Temperaturverteilung der den Einlassventilen vorgelagerten Luftmasse erzielt, wodurch sich eine bessere Füllung ergibt. Es können sehr hohe Abgasrückführ-Raten im gesamten Kennfeld der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Durch ein vollständiges Schließen des Abgasrückführungspfades wird eine OBD-Fähigkeit (OBD = On Board Diagnose) der Abgasrückführstrecke erzielt.The fluid-conducting connection 22 is as close as possible to the inlet valves or the junctions 18 . 20 arranged. The aim is to better capture the vibration tube charging effects occurring at slight retardation for filling optimization at high speed and ensure a larger Ausströmquerschnitt with strong retardation. Furthermore, a more homogeneous temperature distribution of the inlet valves upstream air mass is achieved, resulting in a better filling. Very high exhaust gas recirculation rates can be set in the entire map of the internal combustion engine. By completely closing the exhaust gas recirculation path, an OBD capability (OBD = On Board Diagnosis) of the exhaust gas recirculation path is achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1167719 B1 [0005] EP 1167719 B1 [0005]

Claims (3)

Einlasskanalanordnung für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Einlasskanälen (10, 12) und mit einem flanschseitigen Ende (14) zum Verbinden mit einer Verbrennungsluftanlage und einem einlassseitigen Ende (16), bei dem mindestens ein erster Einlasskanal (10) und mindestens ein zweiter Einlasskanal (12) zum getrennten Einmünden in einen gemeinsamen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erster Einlasskanal (10) und mindestens ein zweiter Einlasskanal (12), die zum getrennten Einmünden in einen gemeinsamen Arbeitszylinder ausgebildet sind, zwischen dem einlassseitigen Ende (16) und dem flanschseitigen Endes (14) sowie beabstandet von dem einlassseitigen Ende (16) und von dem flanschseitigen Ende (14) fluidleitend miteinander verbunden sind.Intake passage arrangement for an internal combustion engine having at least two intake ports ( 10 . 12 ) and with a flange end ( 14 ) for connection to a combustion air system and an inlet end ( 16 ), in which at least one first inlet channel ( 10 ) and at least one second inlet channel ( 12 ) are designed for separate confluence in a common working cylinder of the internal combustion engine, characterized in that at least one first inlet channel ( 10 ) and at least one second inlet channel ( 12 ), which are designed to be separated in a common working cylinder, between the inlet end ( 16 ) and the flange end ( 14 ) and spaced from the inlet end ( 16 ) and from the flange end ( 14 ) are fluidly connected to each other. Einlasskanalanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromabseitiges Ende der fluidleitenden Verbindung (22) bezogen auf eine Verbrennungsluftströmung in der Einlasskanalanordnung entlang eines Strömungspfades in den miteinander fluidleitend verbundenen Einlasskanälen (10, 12) gesehen näher an dem einlassseitigen Ende (16) als an dem flanschseitigen Ende (14) der Einlasskanalanordnung angeordnet ist.Inlet duct arrangement according to claim 1, characterized in that a downstream end of the fluid-conducting connection ( 22 ) with respect to a combustion air flow in the inlet channel arrangement along a flow path in the inlet passages connected to one another in a fluid-conducting manner (US Pat. 10 . 12 seen closer to the inlet end ( 16 ) than at the flange end ( 14 ) of the inlet channel arrangement is arranged. Einlasskanalanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Einlasskanal (10, 12) als Drallkanal ausgebildet ist und/oder mindestens ein Einlasskanal (10, 12) als Tangentialkanal ausgebildet ist.Inlet duct arrangement according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one inlet duct ( 10 . 12 ) is designed as a swirl channel and / or at least one inlet channel ( 10 . 12 ) is designed as a tangential channel.
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