特許 6770550 内燃機関用のシリンダヘッド、内燃機関、および内燃機関を動作させる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6770550

(24)【登録日】2020年9月29日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】内燃機関用のシリンダヘッド、内燃機関、および内燃機関を動作させる方法

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/42 20060101AFI20201005BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20201005BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20201005BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20201005BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20201005BHJP

   F02B 31/08 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/42 F

   F02B23/08 S

   F02B23/10 310B

   F02B23/10 310C

   F02D13/02 D

   F02D43/00 301U

   F02B31/08 500A

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-104351(P2018-104351)

(22)【出願日】2018年5月31日

(65)【公開番号】特開2018-204607(P2018-204607A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2018年5月31日

(31)【優先権主張番号】10 2017 112 350.4

(32)【優先日】2017年6月6日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510238096

【氏名又は名称】ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄｒ． Ｉｎｇ． ｈ．ｃ． Ｆ． Ｐｏｒｓｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

(74)【代理人】

【識別番号】100094525

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100094514

【弁理士】

【氏名又は名称】林 恒徳

(72)【発明者】

【氏名】アンドレ カサル クルツァー

(72)【発明者】

【氏名】ジェローム ムニエル

【審査官】 村山 禎恒

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２４２５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００８９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１４７０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０５４２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０２８２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２０４２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ １／００−２３／１０

Ｆ０２Ｄ １３／０２

Ｆ０２Ｄ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランクケース（２）を有し、前記クランクケース（２）には、往復運動する態様で内部を移動するピストンを有するシリンダ（３）が配置された、内燃機関用のシリンダヘッドであって、少なくとも１つの排出ダクト（６、７）、および２つの吸気ダクト（８、９）を有し、前記排出ダクト（６、７）は、排出弁を用いて開閉可能であり、前記吸気ダクト（８、９）は、いずれも１つの吸気弁によって開閉可能であり、前記シリンダヘッド（４）は、前記シリンダ（３）および前記ピストンを用いて構成される燃焼室（５）を形成するのに寄与し、前記弁はそれぞれ、弁揚程（ＨＡ、ＨＥ１、ＨＥ２、ＨＥ２’、ＨＥ２”）を有する、シリンダヘッドにおいて、
前記第１の吸気ダクト（８）は、前記第１の吸気ダクトを通って前記シリンダ（３）に流れ込む適量空気の第１のタンブル運動を引き起こすように構成され、前記第２の吸気ダクト（９）は、前記第２の吸気ダクトを通って前記シリンダ（３）に流れ込む前記適量空気の第２のタンブル運動を引き起こすように構成され、前記第１の吸気ダクト（８）および前記第２の吸気ダクト（９）は、前記第１のタンブル運動と前記第２のタンブル運動が前記燃焼室（５）で互いに合流する結果としてスワール運動が生じるように構成されることを特徴とするシリンダヘッド。

【請求項2】

前記第１の吸気ダクト（８）は、接線方向ダクトの形態で構成され、かつ／または前記第２の吸気ダクト（９）は、前記第１の吸気ダクト（８）と比較して、前記適量空気の方向変化を引き起こすように構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダヘッド。

【請求項3】

前記第２の吸気ダクト（９）は、前記適量空気の方向変化を引き起こすための平面部（１８）を有することを特徴とする、請求項２に記載のシリンダヘッド。

【請求項4】

前記第１の吸気ダクト（８）の前記吸気弁の第１の前記弁揚程（ＨＥ１）は、前記第２の吸気ダクト（９）の前記吸気弁の第２の前記弁揚程（ＨＥ２’、ＨＥ２”）とは異なるように設定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

【請求項5】

前記第１の弁揚程（ＨＥ１）は、前記第２の弁揚程（ＨＥ２’、ＨＥ２”）よりも高いことを特徴とする、請求項４に記載のシリンダヘッド。

【請求項6】

前記第１の吸気ダクト（８）の前記吸気弁の第１の前記弁揚程（ＨＥ１）は、前記第２の吸気ダクト（９）の前記吸気弁の第２の前記弁揚程（ＨＥ２）に等しいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

【請求項7】

前記第２の弁揚程は、二つの異なる前記弁揚程（ＨＥ２’、ＨＥ２”）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

【請求項8】

前記吸気ダクト（８、９）の吸気開口（１２、１４）が構成されたカバー面（１６）は、突起または窪みであるマスク（１５）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

【請求項9】

前記マスク（１５）は、前記燃焼室（５）内に突出した出っ張りの形態で構成され、前記排出ダクト（７）と前記第２の吸気ダクト（９）との間に延びるように構成されることを特徴とする、請求項８に記載のシリンダヘッド。

【請求項10】

前記内燃機関（１）は、１．０以下の値の行程／内径比を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

【請求項11】

クランクケース（２）およびシリンダヘッド（４）を有する内燃機関であって、前記シリンダヘッド（４）が、請求項１〜８のいずれか一項に記載の通りに構成される、内燃機関。

【請求項12】

内燃機関を動作させる方法であって、前記内燃機関（１）は、往復運動する態様で内部を移動するピストンを含むシリンダ（３）と、少なくとも１つの排出ダクト（６、７）、および２つの吸気ダクト（８、９）を有するシリンダヘッド（４）とを有するクランクケース（２）を有し、前記排出ダクト（６、７）は、排出弁を用いて開閉可能であり、前記吸気ダクト（８、９）は、いずれも１つの吸気弁によって開閉可能であり、前記シリンダヘッド（４）は、前記シリンダ（３）および前記ピストンを用いて構成される燃焼室（５）を形成するのに寄与し、各弁は、弁揚程（ＨＡ、ＨＥ１、ＨＥ２）を有し、前記シリンダ（３）内で設定される適量燃料を燃焼させるための全適量空気は、前記シリンダによって前記吸気ダクト（８、９）から吸い込まれ、前記全適量空気は、前記第１の吸気ダクト（８）を通って吸い込まれる適量空気と、前記第２の吸気ダクト（９）から吸い込まれる適量空気とからなり、吸い込まれる２つの適量空気は、前記シリンダ（３）内で特定の運動を行う、方法において、
前記第１の吸気ダクト（８）を通って吸い込まれた前記適量空気のタンブル運動が、前記第１の吸気ダクト（８）を用いて引き起こされ、吸い込まれた前記適量空気の逆タンブル運動が、前記第２の吸気ダクト（９）を用いて引き起こされ、前記タンブル運動と前記逆タンブル運動が前記燃焼室（５）で互いに合流する結果としてスワール運動が生じることを特徴とする方法。

【請求項13】

前記吸気ダクト（８、９）の前記弁の前記弁揚程（ＨＥ１、ＨＥ２）は異なるように設定されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記内燃機関（１）の低位および中位の部分負荷領域および回転数領域において、前記第１の吸気ダクト（８）の前記弁の前記弁揚程（ＨＥ１）は、前記第２の吸気ダクト（９）の前記弁の前記弁揚程（ＨＥ２）よりも高く設定されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。

【請求項15】

前記内燃機関（１）の全負荷の０％〜３０％の負荷領域において、前記第２の吸気ダクト（９）は、ガス交換段階時に閉じたままであることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

前記内燃機関（１）の全負荷の２０〜６０％の負荷領域において、前記吸気ダクト（８、９）の前記弁の前記弁揚程（ＨＥ１、ＨＥ２）は、異なるように設定されることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特許請求項１のプリアンブルによる内燃機関用のシリンダヘッドに関する。さらに、本発明は、特許請求項１２で主張した内燃機関と、特許請求項１３のプリアンブルによる内燃機関を動作させる方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関用のシリンダヘッドは公知である。シリンダヘッドは、吸気弁または排出弁として公知の、ダクトを開閉するための少なくとも１つの弁をそれぞれ取り付けられた吸気ダクトおよび排出ダクトを有する。ダクトは、内燃機関のガス交換に寄与する。燃焼空気または燃焼空気混合物は、吸気ダクトを通って、ダクトをあてがわれた内燃機関のシリンダに流れ込むことができる。内燃機関の圧縮行程の後、燃焼空気または燃焼空気混合物は燃焼して、排ガスとして公知のものを形成する。前記排ガスは、排ガスのシリンダからの流出と、燃焼空気または燃焼空気混合物のシリンダへの流入とを特徴とするガス交換段階時に、排出ダクトを通って流れ出ることができる。

【0003】

シリンダ内に存在し、燃焼空気および燃料からなる燃焼空気混合物は、基本的に、完全には燃焼しない。燃焼を完全燃焼に近づけるために、ほぼ完全な均質化をもたらす様々な形状の吸気ダクトがあり、この均質化は、その形状と、引き起こされる燃焼空気混合物の流動運動とに対応する。

【0004】

したがって、例えば、直噴ガソリンエンジンの形態の現在の内燃機関は、スワールダクト、タンブルダクト、および逆タンブルダクトとして公知のものを単独で、または以下に説明する組み合わせで有する。スワールダクトは、シリンダ軸のまわりに回転する流れによる給気運動を引き起こす吸気ダクトを意味すると解釈される。タンブルダクトは、いわばスワール流に対して垂直に設定され、時計方向の運動を引き起こす循環流として公知のものを生じさせる。相応して、逆タンブルダクトによって生じる給気運動は、時計方向と反対の方向で行われる。

【0005】

（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、（特許文献４）、および（特許文献５）は、２つの吸気ダクトを有するシリンダを有する内燃機関を開示している。吸気ダクトの一方は、スワール流を引き起こすように構成され、他方は、タンブル流を引き起こすように構成される。

【0006】

シリンダを有する内燃機関は（特許文献６）から分かり、このシリンダは、タンブル流を引き起こすように構成された吸気ダクトと、スワール流を引き起こすように構成された吸気ダクトとを有するが、２つの吸気ダクトは、同時に使用されるのではなくて、むしろ主に交互の態様で使用される。

【0007】

シリンダヘッドを有する内燃機関は、（特許文献７）から分かり、吸気弁とは独立して構成されたタンブル弁が吸気部に設けられる。タンブル弁は、同一の吸気ダクトを通ってシリンダに流れ込む適量空気が、前記同一の吸気ダクトにより、時間に依存した態様で、第１のタンブル運動、または第２のタンブル運動を行うように、調整および制御ユニットを用いて、内燃機関の回転数に応じた態様で調整される。

【0008】

（特許文献８）および（特許文献９）は、スワールフラップを有するシリンダヘッドを有する内燃機関を開示している。加えて、（特許文献８）によると、さらにマスクが設けられ、非対称弁揚程がスワールフラップに連動して変わる（見える）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０１ ３７９Ａ１号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第１０ ２００６ ００９ １０２Ａ１号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０ ２０１３ １００ ９０２Ａ１号明細書

【特許文献4】米国特許出願公開第２０１４／３５２６５６Ａ１号明細書

【特許文献5】欧州特許第０ ５３７ ７４５Ｂ１号明細書

【特許文献6】米国特許出願公開第２０１０／２２４１６６Ａ１号明細書

【特許文献7】国際公開第２０１５／０３３１９８Ａ１号パンフレット

【特許文献8】独国特許出願公開第１０ ２００９ ０１５ ６３９Ａ１号明細書

【特許文献9】独国特許出願公告第１０ ２００７ ０５３ ８９１Ｂ４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、内燃機関用の改良したシリンダヘッドを提供することである。さらなる目的は、内燃機関と、内燃機関を動作させる方法とを規定することであり、この内燃機関および方法によって、排ガスの排出を削減することができる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明によれば、この目的は、特許請求項１で主張した内燃機関用のシリンダヘッドによって達成される。さらなる目的は、特許請求項１２の特徴を有する内燃機関と、特許請求項１３の特徴を有する内燃機関を動作させる方法とによって達成される。本発明の適切かつ非自明の進歩性（進展）を有する有益な改良形態は、それぞれの従属請求項で規定される。

【0012】

クランクケースを有し、クランクケース内において、ピストンが、シリンダ内で往復運動する態様で移動できるように配置された、内燃機関用の本発明によるシリンダヘッドは、少なくとも１つの排出ダクトおよび２つの吸気ダクトを有する。排出ダクトは、排出弁を用いて開閉することができ、吸気ダクトは、いずれも１つの吸気弁によって開閉することができる。シリンダヘッドは、シリンダおよびピストンを用いて構成される燃焼室を形成するのに寄与する。排出弁および吸気弁は、いずれも弁揚程（バルブリフト）を有する。本発明によれば、第１の吸気ダクトは、第１の吸気ダクトを通ってシリンダに流れ込む（適量）空気のタンブル運動を引き起こすように構成され、第２の吸気ダクトは、第２の吸気ダクトを通ってシリンダに流れ込む（適量）空気の逆タンブル運動を引き起こすように構成される。先行技術と比較して、本発明によるシリンダヘッドによって、２つの吸気ダクトを通って流入する（適量）空気の、両方向に設定されたタンブル運動によるほぼ完全なスワール運動に加えて、燃焼室内で設定される、（適量）空気の、言い換えるとシリンダの給気（ｃｈａｒｇｅ）の全体的に改良されたほぼ完全な均質性および流動運動を実現するさらなる運動を引き起こすことが可能である。これは、シリンダ給気（ｃｈａｒｇｅ）のかなり改良された、より完全な燃焼をもたらし、その結果、本発明によるシリンダヘッドを装備した内燃機関の排ガス排出をかなり削減することができる。

【0013】

結果として生じるスワール運動と、結果として生じるスワール運動とは異なる給気のさらなる運動とは、接線（方向）ダクトの形態の第１の吸気ダクトの実施形態、および／または（適量）空気の方向を変化させるように構成された第２の吸気ダクトの実施形態で、特に満足のいくように達成することができ、方向変化は、特に、第１の吸気ダクトを通ってシリンダに流れ込む（適量）空気の方向に対して反対の方向に設定される。

【0014】

（適量）空気の方向を変化させる第２の吸気ダクトの費用のかからない製造において、前記第２の吸気ダクトは、好ましくは第２の吸気ダクトの吸気開口の領域に平面部を有する。

【0015】

本発明によるシリンダヘッドを用いて行われる上記の給気運動の強化は、第１の吸気ダクトの第１の弁揚程が、第２の吸気ダクトの第２の弁揚程と異なるように設定されることで達成することができる。吸気弁の弁揚程の非対称性が結果的に得られる。これは、異なる圧力が吸気開口の領域に広がることを意味し、その結果、シリンダの現在の吸気の対応する運動は、圧力平衡化に至るまで行われる。第１の揚程が第２の揚程よりも高い場合に、特に有益な給気運動が得られる。

【0016】

本発明によるシリンダヘッドのさらなる改良形態では、吸気ダクトの吸気開口の領域に形成されたカバー面は、燃焼室から離れる方向に向くように形成されたマスク、または燃焼室の方を向くように形成されたマスクを有する。すなわち、言い換えると、カバー面は、突起または窪みを有する。前記マスクはさらに、出っ張り状（ｌｕｇ−ｌｉｋｅ）と表すこともできる。前記マスクの利点は、燃焼室の改良された給気運動を行うことができるようにするために、吸気ダクトから流れ出た（適量）空気の流れ方向の目標通りの変化を引き起こすことである。

【0017】

第１の吸気ダクトから離れる方向に向くように配置されたさらなる吸気開口の領域にマスクを配置することは特に有益である。すなわち、言い換えると、マスクは、逆タンブル運動を引き起こすために設けられた吸気ダクトの吸気開口の領域に配置される。このようにして、燃焼室内で、結果として生じるスワール運動と、全体構成としての給気運動とを強化することができ、これは、特に、弁揚程が小さい場合である。さらなる利点、すなわち、燃焼室内の給気運動のさらなる改良は、マスクが、さらなる吸気開口から第２の排出ダクトまで延びるシリンダ縁部から、さらなる吸気開口と第２の排出ダクトとの間に延びるように形成される場合にもたらされる。

【0018】

本発明によるシリンダヘッドは、内燃機関の行程／内径比（ａ ｓｔｒｏｋｅ／ｂｏｒｅ ｒａｔｉｏ）が０．８５以下の値を有する場合に特に有益であることが分かった。行程とは、シリンダ内でのピストンの最大限の可能な軸方向移動を表し、内径とは、シリンダ径を表す。本発明によるシリンダヘッドは、特に、内燃機関の行程／内径比が０．７５以下に適している。

【0019】

本発明のさらなる側面は、内燃機関を動作させる方法に関し、内燃機関はクランクケースを有し、クランクケースは、クランクケースのシリンダ内で往復運動する態様で移動するピストンを有する。さらに、内燃機関は、少なくとも１つの排出ダクトと、２つの吸気ダクトとを備えたシリンダヘッドを有し、排出ダクトが排出弁を用いて開閉され、吸気ダクトがいずれも１つの吸気弁を用いて開閉されることが可能である。シリンダヘッドは、シリンダおよびピストンを用いて構成される燃焼室を形成するのに寄与する。弁はいずれも弁揚程を有する。シリンダ内で設定される（適量）燃料の燃焼を行うための全（適量）空気は、シリンダによって吸気ダクトから吸い込まれ、全（適量）空気は、第１の吸気ダクトを通って吸い込まれる（適量）空気、および／または第２の吸気ダクトから吸い込まれる（適量）空気からなり、吸い込まれた２つの（適量）空気は、シリンダ内で特定の運動を行う。本発明による方法は、第１の吸気ダクトを通って吸い込まれた（適量）空気のタンブル運動が、第１の吸気ダクトを用いて引き起こされ、吸い込まれた（適量）空気の逆タンブル運動が、第２の吸気ダクトを用いて引き起こされることを特徴とする。本発明による方法によって動作する内燃機関は、有利にも、排ガス排出の削減、特にＣＯ_２の削減と、特に、全負荷動作時の燃料消費の削減とを特徴とする。

【0020】

本発明による方法の一改良形態では、吸気ダクトの弁の弁揚程は、給気運動を改善するために、異なるように設定される。

【0021】

内燃機関の特に好ましい動力出力と、前記動力出力における内燃機関の特に好ましい排ガス排出とは、内燃機関の低位および中位の部分負荷領域と回転数領域とにおいて、第１の吸気ダクトの弁の弁揚程が、第２の吸気ダクトの弁の弁揚程よりも高く設定された場合に達成することができる。

【0022】

内燃機関の全負荷の０〜３０％の負荷領域において、ガス交換段階時に第２の吸気ダクトが閉じている場合に、および、特に、内燃機関の全負荷の２０〜６０％の負荷領域において、吸気ダクトの弁の弁揚程が異なるように設定された場合に、さらなる改良がもたらされる。

【0023】

本発明のさらなる利点、特徴、および細部が、好ましい例示的な実施形態についての以下の説明から、および図面を使用して明らかになる。本明細書で上記に説明した特徴および特徴の組み合わせと、以下の本文における図の説明で説明する、および／または図単独で示す特徴および特徴の組み合わせは、個々に指定された組み合わせでだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせで、またはそれ自体で使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明による内燃機関の吸気ダクトおよび排出ダクトを有する、本発明によるシリンダヘッドの細部の平面図を示している。

【図2】図１によるシリンダヘッドの細部の斜視図を示している。

【図3】図２によるシリンダヘッドの流れシミュレーションの流れ線の斜視図を示している。

【図4】本発明による内燃機関の弁揚程をクランク角／弁揚程図で示している。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明による内燃機関１は、例として図１の外形図で詳細に示すように、少なくとも１つのシリンダ３を備えたクランクケース２を有し、ピストン（詳細に示していない）は、シリンダ３内で往復運動する態様で移動できるように、シリンダ３内に受け入れられる。ピストンは、クランクシャフト（詳細に示していない）上でクランクケース２に取り付けられる。クランクシャフトから離れる方向に向くように配置された端部で、シリンダ３はシリンダヘッド４を有し、ピストンとシリンダヘッド４との間に配置された燃焼室５が、シリンダヘッド４を用いて形成される。

【0026】

シリンダヘッド４は、第１の排出ダクト６および第２の排出ダクト７と、第１の吸気ダクト８および第２の吸気ダクト９とを含む。

【0027】

ダクト６、７、８、９は、弁（詳細に示していない）を用いて開閉することができる。弁は、ディスク弁の形態で構成され、いずれも、弁の長手軸に沿って軸方向に移動可能なため特定の弁揚程を有する。第１の排出ダクト６にあてがわれた第１の排出弁は、第２の排出ダクトにあてがわれた第２の排出弁の弁揚程と一致する排出弁揚程ＨＡを有する。

【0028】

第１の吸気ダクト８にあてがわれた第１の吸気弁は、第２の吸気弁９の第２の吸気弁揚程ＨＥ２とは異なり得る第１の吸気弁揚程ＨＥ１を有し、その結果、吸気弁８、９の弁揚程の非対称性が生じる。図４によるクランク角／弁揚程図では、第２の吸気弁９の低い弁揚程ＨＥ２’および第２の吸気弁９のさらに低い弁揚程ＨＥ２”が示されている。内燃機関１は、弁揚程ＨＥ２、ＨＥ２’、ＨＥ２”のうちの１つだけを有することが絶対的に必須ではない。例えば、可変弁揚程は、可変クランクシャフトまたはカムシャフト調整装置を用いて実現することができる。

【0029】

第１の吸気ダクト８は、第１の吸気ダクト８を通ってシリンダ３に流れ込む（適量）空気のタンブル運動として知られているものを引き起こすように構成されている。第１の吸気ダクト８は、燃焼室内での圧縮段階時に、第１の吸気ダクト８を流れる（適量）空気にタンブル運動を付与するために、タンブルダクトとして、または言い換えると、接線方向ダクトとしても知られているものとして構成されている。タンブル運動は、循環運動として公知のものに対応し、その理由は、スワールとして公知のものと対照的に、タンブル運動は、（前記スワールのように）シリンダ軸のまわりに回転する態様で方向付けられる運動に対応するのではなくて、むしろ、その運動は、いわばシリンダ軸１０に対して水平に設定されたシリンダ横軸１１のまわりに行われるからである。

【0030】

第２の吸気ダクト９は、第２の吸気ダクト９を通ってシリンダ３に流れ込む（適量）空気の逆タンブル運動として公知のものを引き起こすように構成されている。これは、言い換えると、逆タンブル運動の方向は、タンブル運動と反対であることを意味する。したがって、２つのタンブル運動は、吸気ダクト８、９の対応する構造によって、本発明によるシリンダヘッド４を用いて引き起こすことができる。

【0031】

図１および図２に示すように、特に、第２の吸気ダクト９は、第２の吸気ダクト９を流れる（適量）空気をシリンダ中心と反対の方向に流すために、第２の吸気ダクト９の吸気開口１２より上流のダクト入口開口１３から始まる逆タンブルダクトとして構成されている。すなわち、言い換えると、第１の吸気ダクト８を流れる（適量）空気は、所定の方向に、この例示的な実施形態ではシリンダ中心の方向に流れ、第２の吸気ダクト９を流れる（適量）空気は、実質的に反対の方向に案内される。方向変化を引き起こすために、第２の吸気ダクト９は、吸気開口１２の近くの平面部１８を有し、この平面部１８は、シリンダ軸１０にほぼ平行な伸長軸１９に沿って延びるように構成されている。詳細に示さない１つの例示的な実施形態では、伸長軸１９は、吸気開口１２から離れる方向を向いた態様で伸長軸１９上に位置する面部１８の面点から、シリンダ３のシリンダ縁部１７の方向に傾斜するように設定され、シリンダ縁部１７は、第２の排出ダクト７から離れる方向に向くように配置されている。

【0032】

原理的に、逆タンブルダクト９の（適量）空気の燃焼室５への流入方向は、タンブルダクト８と反対に向けられると表すことができる。タンブル運動を行う第１の吸気ダクト８の適量空気と、逆タンブル運動を行う第２の吸気ダクト９の（適量）空気とは、燃焼室５で互いに合流し、運動が反対に向けられたために、さらなる運動が引き起こされる。燃焼室５内で斜めに設定されたタンブル運動と、純粋なタンブル運動、すなわち、シリンダ横軸１１のまわりに回転する運動と、結果として生じる、燃焼室５内で移動する（適量）空気のスワール運動との、方向が異なる実質的に３つの運動形態、言い換えると流れが起こる。

【0033】

図３に例として示すように、燃焼室５に存在する（適量）空気のうちのスワール成分を有する、またはスワール運動を行う（適量）空気部分は、基本的に、燃焼室５に対向するように構成されたピストンのピストンクラウン（詳細に示していない）の領域と燃焼室５を区切る、シリンダヘッド４のシリンダヘッド面とに配置され、それに対して、傾斜した設定のタンブル運動は、実質的にシリンダ３のシリンダ壁に存在し、純粋なタンブル運動は、実質的に燃焼室５の中心に存在する。

【0034】

タンブル運動よりも実質的に安定し、タンブル運動および逆タンブル運動の組み合わせを用いて得られるスワール運動の形態の空気運動の実現性は、特に、内燃機関１の低位から中位の負荷領域および回転数領域において、吸気弁の弁揚程ＨＥ１、ＨＥ２の非対称性を用いて改善することができる。

【0035】

結果として生じるスワール運動は、接線方向ダクトとして構成された第１の吸気ダクト８の弁の第１の吸気弁揚程ＨＥ１が、逆タンブル運動を引き起こすように構成された第２の流入ダクト９の弁の第２の吸気弁揚程ＨＥ２よりも高い設定である場合に強化される。したがって、タンブル運動を行う（適量）空気は、逆タンブル運動を行う（適量）空気よりも多く、結果として生じるスワール、または結果として生じるスワール運動は、流入ダクト８、９を流れる（適量）空気が等しく多量の場合と比較して強化される。

【0036】

第２の流入ダクト９の弁のゼロ揚程として公知のものは、特に、内燃機関１の最も低い負荷領域において、燃焼室５内に結果として生じる好ましいスワール運動を引き起こす。これは、第１の流入ダクト８を通って燃焼室５に流れ込む（適量）空気がタンブル運動を行い、第２の流入ダクト９が閉じているため、燃焼室５内に広がった伝搬空間が、適量空気にとって利用可能になり、特に、吸気開口１２の領域に減圧状態が存在し、その結果、タンブル運動は、結果として生じるスワール運動に変換される。

【0037】

燃焼室５内でさらなる吸気開口１４の領域に構成されたマスク１５は、特に、第２の吸気ダクト９の弁の弁揚程が低い場合に、結果として生じるスワール運動を強化する。マスク１５は、燃焼室５内に突出した出っ張りの形態で構成され、マスクは、シリンダヘッド４にあてがわれた燃焼室５のカバー面１６に構成される。マスク１５は、シリンダ縁部１７から第２の排出ダクト７と第２の吸気ダクト９との間に延びるように構成されている。すなわち、言い換えると、マスク１５は、さらなる吸気開口１４から第２の排出ダクト７に延びるシリンダ縁部１７から、さらなる吸気開口１４と第２の排出ダクト７との間に延びるように構成されている。

【0038】

本発明による方法および本発明による内燃機関１は、特に、内燃機関１の行程／内径比が１．０以下の値を有する場合に有利である。

【0039】

内燃機関１を動作させる本発明による方法は、第１の吸気ダクト８を通って吸い込まれた（適量）空気のタンブル運動が、第１の吸気ダクト８を用いて引き起こされ、吸い込まれた（適量）空気の逆タンブル運動が、第２の吸気ダクト９を用いて引き起こされることを特徴とする。これは、対応する形状の吸気ダクト８、９によって行われるのが好ましいが、異なる方法で引き起こすこともできる。

【0040】

特に、有利にも、結果として、内燃機関１の低位から中位の部分負荷領域および回転数領域において排出物を削減するために、吸気ダクト８、９の弁の弁揚程ＨＥ１、ＨＥ２が異なるように設定され、第１の吸気ダクト８の第１の弁揚程ＨＥ１は、特に、第２の吸気ダクト９の第２の弁揚程ＨＥ２よりも高い値を有する。これは、言い換えると、内燃機関１の低位および中位の部分負荷領域ならびに回転数領域において、第１の吸気ダクト８の弁の第１の弁揚程ＨＥ１が、第２の吸気ダクト９の弁の第２の弁揚程ＨＥ２よりも高く設定され、第２の弁揚程ＨＥ２は、低い弁揚程ＨＥ２’またはさらに低い弁揚程ＨＥ２”とすることができる。

【0041】

第１の弁揚程ＨＥ１はまた、第１の吸気ダクト８の弁の最大弁揚程とすることができ、その値は変わらないままであり得るが、第２の弁揚程ＨＥ２の値は小さくなる。すなわち、言い換えると、低位および中位の負荷領域ならびに／または回転数領域において、第１の弁揚程ＨＥ１は、必ずしも第１の吸気弁の最大限の弁揚程である必要はない。吸気弁の弁揚程間の相違は、本発明による方法の利点を得るために絶対的に必要であり、第１の吸気弁の弁揚程が、第２の吸気弁の弁揚程よりも高いことが必要である。

【0042】

本発明による方法のさらなる例示的な実施形態では、第２の吸気ダクト９は、内燃機関１の全負荷の０〜３０％の負荷領域において、ガス交換段階時に閉じたままである。すなわち、言い換えると、第１の吸気ダクト８だけが開かれ、適量空気は、シリンダ３によって第２の吸気ダクト９から吸い込むことが全くできない。

【0043】

吸気ダクト８、９の弁の弁揚程ＨＥ１、ＨＥ２は、特に、内燃機関１の全負荷の２０〜６０％の負荷領域において、同様に異なるように設定することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ 内燃機関
２ クランクケース
３ シリンダ
４ シリンダヘッド
５ 燃焼室
６ 第１の排出ダクト
７ 第２の排出ダクト
８ 第１の吸気ダクト
９ 第２の吸気ダクト
１０ シリンダ軸
１１ シリンダ横軸
１２ 吸気開口
１３ ダクト入口開口
１４ 別の吸気開口
１５ マスク
１６ カバー面
１７ シリンダ縁部
１８ 面部
１９ 伸長軸
ＨＡ 排出弁揚程
ＨＥ１ 第１の吸気弁揚程
ＨＥ２ 第２の吸気弁揚程
ＨＥ２’ 低い弁揚程、第２の吸気弁
ＨＥ２” さらに低い弁揚程、第２の吸気弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】