AT502087B1

AT502087B1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT502087B1
Application number: AT0088005A
Authority: AT
Inventors: Paul Dr Kapus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2007-07-15
Also published as: AT502087A1

Description

2 AT 502 087 B1

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf mit zumindest einer Einlassöffnung und zumindest einer in den Brennraum mündenden Einspritzeinrichtung pro Zylinder, wobei im Bereich der Mündung der Einspritzeinrichtung die Brennraumdecke eine Injektortasche aufweist, wobei vorzugsweise in die Injektortasche zumindest eine Spülkanalan-5 Ordnung einmündet.

Aus der DE 103 26 054 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf, einer direkt Kraftstoff in den Brennraum einspritzenden Einspritzeinrichtung, sowie zwei Einlassöffnungen pro Zylinder bekannt, wobei um die Einlassöffnungen in den Brennraum ragende, stegförmige io Abschirmungen vorgesehen sind, die halbkreisförmig um die Teller der Einlassteller verlaufend der Einspritzdüse zugewandt sind. Durch diese Abschirmungen wird die Verbrennungsluft etwa parallel zum seitlichen Kraftstoffstrahl abgelenkt, um eine Tumble-Strömung im Brennraum zu initiieren. Im Bereich des Kraftstoffstrahles ist zumindest eine der Abschirmungen unterbrochen, so dass der Kraftstoffstrahl unmittelbar einem Anteil der einströmenden Verbrennungsluft θύει 5 gesetzt ist. Dadurch soll der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine bei verbesserter Zündsicherheit erhöht werden. Durch die Unterbrechung der Abschirmung auf der ganzen Höhe wird die Wirkung der Maskierung gestört.

Bei konventionellen direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen ist die Einspritzeinrichtung in 20 den Brennraum hineinragend ausgebildet. Die exponierte Lage der Injektorspitze führt zu erhöhtem Verschleiß.

Die JP 2004-108161 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder, wobei im Bereich der Mündung der Einspritzeinrichtung die Brennraumdecke eine 25 Injektortasche aufweist und wobei in die Injektortasche zumindest eine Spülkanalanordnung einmündet. Die Spülkanalanordnung geht dabei vom Ventilsitzbereich einer Einlassöffnung auf, wobei die Spülkanalanordnung in eine die Einlassöffnung zumindest teilweise umgebende Maskierung eingeformt ist. 30 Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art den Verschleiß der Einspritzeinrichtung zu vermindern. Weiters sollen Ablagerungen im Bereich um die Mündung der Einspritzeinrichtung vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Spülkanalanordnung im Bereich zumin-35 dest einer Quetschfläche einer vorzugsweise durch den Zylinderkopf gebildeten Brennraumdecke angeordnet ist. Durch die Spülkanalanordnung tritt Spülluft in die Injektortasche ein, wodurch keine Ablagerungen entstehen können. Durch dieses Injektorspülkonzept wird die Wirkung der Maskierung nicht oder nur gering gestört. 40 Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Spülkanalanordnung zumindest einen Spülkanal aufweist, der von einem flachen Einlaufbereich ausgeht und über einen Düsenbereich in die Injektortasche einmündet. Die Tiefe des Spülkanals nimmt dabei in vorteilhafter Weise in Richtung der Injektortasche zu. Der Spülkanal ist dabei vorzugsweise düsenartig verengt, so dass die Spülluft mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in die Injektortasche einströmt. Nähert sich der 45 Kolben dem oberen Totpunkt, so wird über die Quetschflächen Spülluft in die Spülkanalanordnung und weiter in die Injektortasche gepresst, wodurch die Injektortasche von Ablagerungen gereinigt wird.

In einer besonders einfach ausführbaren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spül-50 kanal einen zum Brennraum hin offenen Querschnitt aufweist und vorzugsweise durch eine Nut oder Rille gebildet ist. Die Nut oder Rille kann in einfacher Weise durch spanabhebende Bearbeitung in den Zylinderkopf eingeformt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Spülkanal zumindest abschnittsweise einen geschlossenen Querschnitt aufweist und vorzugsweise durch eine Bohrung gebildet ist. Der Wirkmechanismus der Maskierung wird somit viel weniger gestört 55 als bei einer über die gesamte Höhe der Maskierung erfolgenden Unterbrechung, wie sie in der 3 AT 502 087 B1 DE 103 26 054 A1 gezeigt ist.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längsachse zumindest eines Spülkanals mit einer durch die Achse der Einspritzeinrichtung und die Zylinderachse aufgespannten Ebene 5 einen Winkel >0, vorzugsweise zwischen etwa 30° und 60°, aufspannt.

Um eine ausreichende Duellwirkung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Maskierung um die Mitte der Einlassöffnung einen Umschlingungswinkel von etwa 150° bis 180° einschließt. Die Höhe der Maskierung sollte dabei etwa 1,5 mm bis 4 mm betragen. Vorzugsweise ist vorgese-io hen, dass der Abstand der Maskierung vom Ventiltellerrand etwa 0,3 mm bis 0,7 mm beträgt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen Fig. 1 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer 15 ersten Ausführungsvariante von der Seite des Brennraumes betrachtet, Fig. 2 eine Spülkanalanordnung in einer Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante, Fig. 3 eine Spülkanalanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante, Fig. 4 eine Spülkanalanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante, Fig. 5 die Spülkanal-20 anordnung in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1 und 2, Fig. 6 eine Spülkanalanordnung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer fünften Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, Fig. 7 die Spülkanalanordnung aus Fig. 6 in einem Schnitt gemäß der Linie Vll-Vll in Fig. 6, Fig. 8 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer sechsten Ausführungsvariante von der Seite des Brennraumes betrachtet, Fig. 9 den 25 Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 8, Fig. 10 einen Spülkanal im Querschnitt in einer Ausführungsvariante, Fig. 11 einen Spülkanal im Querschnitt in einer anderen Ausführungsvariante und Fig. 12 einen Spülkanal im Querschnitt in einer weiteren Ausführungsvariante. 30 Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine von der Seite des Brennraumes gesehen. Der Zylinderkopf 1 weist pro Zylinder 2 zwei durch Einlassventile 3 betätigbare Einlassöffnungen 4 auf. Auslassöffnungen sind der Übersichtlichkeit wegen in den Figuren nicht 35 dargestellt.

Im Bereich einer zwischen den Einlassöffnungen 4 verlaufenden Querebene 5 mündet eine Einspritzeinrichtung 6 in den Brennraum. Die Achse 6' der Einspritzeinrichtung 6 ist bezüglich der Zylinderachse 9 geneigt. Im Bereich der Mündung 6a der Einspritzeinrichtung 6 ist in den 40 Zylinderkopf 1 eine Injektortasche 7 angeordnet. Mit Bezugszeichen 8 ist eine im Bereich der Zylinderachse 9 positionierte Zündeinrichtung bezeichnet.

Die Einlassöffnungen 4 sind teilweise durch Maskierungen 20 abgeschirmt, um eine Tumble-Strömung im Brennraum zu initiieren. Die Maskierung 20 weist einen Umschlingungswinkel α 45 von etwa 150° bis 180° um den Mittelpunkt 4a der Einlassöffnung 4 auf. Die Höhe HM der Maskierung 20 beträgt 1,5 mm bis 4 mm - gemessen bis zur halben Höhe h des Ventiltellerrandes 3a. Der Abstand a zwischen der Maskierung 20 und dem Ventiltellerrand 3a beträgt etwa 0,3 mm bis 0,7 mm. Durch die Maskierungen 20 kommt es im Bereich der Injektortasche 7 insbesondere zwischen den Einlassöffnungen 4 und der Mündung 6a zu ablagerungsgefährde-50 ten Bereichen mit lokal niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten.

Um diese Ablagerungen zu vermindern, ist pro Einlassöffnung 4 eine Spülkanalanordnung 10 vorgesehen, welche in die Injektortasche 7 einmündet. Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Spülkanalanordnungen 10 bestehen jeweils aus zumindest einem Spülkanal 10a, einem Ein-55 laufbereich 11 und einem Düsenbereich 12. Der Einlaufbereich 11 weist eine geringe Tiefe t,

Claims

4 AT 502 087 B1 aber eine relativ große Breite b auf und ist im Bereich einer Quetschfläche 13 der durch den Zylinderkopf 1 gebildeten Brennraumdecke 22 angeordnet. Die Breite b der Spülkanalanordnung 10 nimmt zum Düsenbereich 12 hin ab und erreicht im Mündungsbereich in die Injektorta-sehe 7 ein Minimum. Die Tiefe t dagegen nimmt vom Einlaufbereich 11 zum Düsenbereich 12 5 stetig zu und erreicht im Mündungsbereich in die Injektortasche 7 ein Maximum. Der Grundriss der Spüldüsenanordnung 10 kann schlägerartig, keulenartig oder birnenartig sein, wie in den Fig. 2 bis 4 und 6 ersichtlich ist. In den in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ausführungen weist der Spülkanal 10a der Spülkanalanordnung 10 einen zum Brennraum hin offenen Querschnitt auf. Alternativ dazu kann der Spülkanal 10b der Spülkanalanordnung 10 auch einen geschlossenen io Querschnitt aufweisen, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, und bezüglich einer Zylinderkopfdichtebene 21 geneigt sein. Nähert sich der nicht weiter dargestellte Kolben der Brennkraftmaschine dem oberen Totpunkt, so wird das im Brennraum eingeschlossenen Gas durch die Quetschflächen 13 in den Einlauf-15 bereich 11 der Spülkanalanordnung 10 gepresst und strömt jeweils durch den Spülkanal 10a bzw. 10b in die Injektortasche 7, wodurch durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit Ablagerungen mitgerissen werden. Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von der beschrie-20 benen Ausführung dadurch, dass die Spülkanalanordnung im Bereich der Einlassöffnung 4, und zwar als Durchbruch der Maskierung 20 ausgebildet ist. Die Spülkanalanordnung 10 kann dabei zumindest einen geschlossenen, beispielsweise durch eine Bohrung gebildeten Spülkanal 10b (Fig. 10) und/oder zumindest einen zum Brennraum hin offenen Spülkanal 10a aufweisen (Fig. 11, 12). Der offene Spülkanal 10a kann durch eine vom Grund 20a der Maskierung 20 25 beabstandete Nut (Fig. 11) oder eine Rille (Fig. 12) gebildet sein. Bei dieser Ausführung ist die Spülkanalanordnung 10 zwischen der Mündung 6a der Einspritzeinrichtung 6 und der Einlassöffnung 4 angeordnet. Wird das Einlassventil 3 geöffnet, so kann durch den Spülkanal 10a, 10b Spülluft aus dem 30 Einlasskanal 3a in die Injektortasche 7 strömen und dabei Ablagerungen in der Injektortasche 7 entfernen. Die Längsachse 10' der Spülkanalanordnung 10 spannt mit einer Querebene 5 einen Winkel ß zwischen etwa 30° und 60° auf. 35 Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (1) mit zumindest einer Einlassöffnung (4) und 40 zumindest einer in den Brennraum mündenden Einspritzeinrichtung (6) pro Zylinder (2), wobei im Bereich der Mündung (6a) der Einspritzeinrichtung (6) die Brennraumdecke (22) eine Injektortasche (7) aufweist, wobei vorzugsweise in die Injektortasche (7) zumindest eine Spülkanalanordnung (10) einmündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkanalanordnung (10) im Bereich zumindest einer Quetschfläche (13) einer vorzugsweise durch den 45 Zylinderkopf (1) gebildeten Brennraumdecke (22) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkanalanordnung (10) zumindest einen Spülkanal (10a) aufweist, der von einem flachen Einlaufbereich (11) ausgeht und über einen Düsenbereich (12) in die Injektortasche (7) einmündet. 50
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Spülkanalanordnung (10) in Richtung der Injektortasche (7) abnimmt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (t) der 55 Spülkanalanordnung (10) in Richtung der Injektortasche (7) zunimmt. 5 AT 502 087 B1
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Spülkanal (10a) geneigt zu einer Zylinderkopfdichtebene (21) ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülkanalanordnung (10) einen zum Brennraum hin offenen Querschnitt aufweist und vorzugsweise durch eine Nut oder Rille gebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die io Spülkanalanordnung (10) zumindest abschnittsweise einen geschlossenen Querschnitt aufweist, welcher vorzugsweise durch eine Bohrung gebildet ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (10') zumindest eines Spülkanals (10a) mit einer durch die Achse (6') der Ein- 15 spritzeinrichtung (6) und die Zylinderachse (9) aufgespannten Ebene und/oder mit einer Querebene (5) der Brennkraftmaschine einen Winkel (ß) >0, vorzugsweise zwischen etwa 30° und 60°, aufspannt.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die 20 Maskierung um die Mitte (4a) der Einlassöffnung (4) einen Umschlingungswinkel (a) von etwa 150° bis 180° einschließt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (HM) der Maskierung (20) - gemessen bis zur halben Höhe (h) des Ventiltellerrandes 25 (3a) des entsprechenden Einlassventils (4) - etwa 1,5 mm bis 4 mm beträgt.
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der Maskierung (20) vom Ventiltellerrand (3a) etwa 0,3 mm bis 0,7 mm beträgt. 30 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55