AT524316A4 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf (1) mit zwei Einlassventilen (312, 322) und zwei Auslassventilen (412, 422) pro Zylinder (2), wobei jedem Einlassventil (312, 322) ein Einlasskanal (31, 32) mit einem Einlassventilsitz (311, 321) und jedem Auslassventil (412, 422) ein Auslasskanal (41, 42) mit zumindest einem Auslassventilsitz (411, 421) zugeordnet ist. Die Ventilachsen (312a, 322a; 412a, 422a) der Einlassventile (312, 322) und Auslassventile (412, 422) sowie die Längsachse der Zündeinrichtung schließen mit einer Zylinderachse (2a) jeweils einen Winkel von 0°± 5° ein. Im Bereich der Zylinderachse (2a) ist eine Zündeinrichtung (6) und zwischen den zwei Einlasskanälen (31, 32) ist auf der Einlassseite (3) eine Einspritzeinrichtung (7) angeordnet, deren Mündung (71) von der Zylinderachse (2a) beabstandet und in einem Bereich zwischen den Einlassventilsitzen (311, 321) der Einlassventile (312, 322) angeordnet ist, wobei ein erster Abstand (a) zwischen der Mündung (71) der Einspritzeinrichtung (7) und der Zylinderachse (2a) 33% bis 45% eines Bohrungsdurchmessers (D) des Zylinders (2) beträgt, und wobei eine durch ein Feuerdeck (10) des Zylinderkopfes (1) gebildete Brennraumdecke (14) im Wesentlichen flach ausgebildet ist. Um ein Verbrennverfahren mit einer Tumble-Ladungsbewegung (T) zu ermöglichen ist vorgesehen, dass die Einspritzeinrichtung (7) eine zweite Längsachse (7a) aufweist, welche parallel zur Zylinderachse (2a) ausgebildet ist oder in Bezug auf die Zylinderachse (2a) unter einem Winkel von maximal ±5° geneigt angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere mit mehreren Zylindern, mit einem Zylinderkopf mit einer eine Einlasskanalanordnung mit zwei Einlassventilen pro Zylinder aufweisenden Einlassseite und einer eine Auslasskanalanordnung mit zwei Auslassventilen pro Zylinder aufweisenden Auslassseite, wobei jedem Einlassventil ein Einlasskanal mit einem Einlassventilsitz und jedem Auslassventil ein Auslasskanal mit zumindest einem Auslassventilsitz zugeordnet ist und die Ventilachsen der Einlassventile und der Auslassventile mit der Zylinderachse jeweils einen Winkel von 0° 5° einschließen, mit einer im Bereich der Zylinderachse angeordneten Zündeinrichtung mit einer ersten Längsachse, welche parallel zur Zylinderachse ausgebildet ist oder in Bezug auf die Zylinderachse unter einem Winkel von maximal +5° geneigt angeordnet ist, und mit einer zwischen den zwei Einlasskanälen auf der Einlassseite angeordneten Einspritzeinrichtung zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum, deren Mündung von der Zylinderachse beabstandet und in einem Bereich zwischen den Einlassventilsitzen der Einlassventile angeordnet ist, wobei ein erster Abstand zwischen der Mündung der Einspritzeinrichtung und der Zylinderachse 33% bis 45% eines Bohrungsdurchmessers des Zylinders beträgt, und wobei eine durch ein Feuerdeck des Zylinderkopfes gebildete Brennraumdecke im Wesentlichen flach,

insbesondere eben, ausgebildet ist.

Eine derartige Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen, einer mittigen Zündeinrichtung und einer seitlichen Einspritzeinrichtung ist aus der EP 0 972 917 A1 bekannt. Die Ventilachsen sind parallel zur Zylinderachse und zur Zündkerzenachse ausgebildet. Die Mündung der unter einem Winkel von etwa 45° bezüglich der Zylinderachse geneigten Einspritzeinrichtung ist dabei von der Zylinderachse etwa gleich entfernt wie die

Ventilachsen der Einlassventile.

Bei Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art steht auf der Einlassseite im Bereich der Einspritzeinrichtung mitunter zu wenig freier Bauraum zur Verfügung,

um eine ausreichende Kühlung der Einspritzeinrichtung zu gewährleisten.

Aus der US 5,983 843 A ist eine Einzylinder-Brennkraftmaschine mit einem seitlich angeordneten Injektor bekannt, wobei zur Kühlung des Injektors eine

Bohrungsanordnung mit mehreren Kühlbohrungen vorgesehen ist, welche von einer

Stirnseite kommend eingeformt sind. Für Brennkraftmaschinen mit mehr als zwei

Zylindern ist diese Bohrungsanordnung weniger geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf einfache Weise ein Verbrennungskonzept mit einer Tumble-

Ladungsbewegung zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Einspritzeinrichtung eine zweite Längsachse aufweist, welche parallel zur Zylinderachse ausgebildet ist oder in Bezug auf die Zylinderachse unter einem Winkel von maximal 45° geneigt angeordnet ist.

Eine ausgeprägte Tumble-Ladungsbewegung wird im Brennraum initiiert, wenn zumindest einer der Einlasskanäle - vorzugsweise beide Einlasskanäle tumbleerzeugend ausgebildet ist/sind, wobei insbesondere die beiden Einlasskanäle jedes Zylinders von einem gemeinsamen Haupteinlasskanal ausgehen. Die Einlasskanäle können somit eine auch als siamesische Kanalanordnung bekannte

Konfiguration aufweisen.

Zur Unterstützung der Tumble-Ladungsbewegung ist es vorteilhaft, wenn in das Feuerdeck des Zylinderkopfes auf der der Auslassseite zugewandten Seite zumindest eines Einlassventilsitzes zumindest eine vorzugsweise asymmetrische

Anfasung eingearbeitet ist.

Die aus den Einlasskanälen in den Brennraum eintretende walzenförmige Einlassströmung transportiert den durch die Einspritzeinrichtung in den Brennraum eingespritzten Kraftstoff in Richtung der zentral im Brennraum angeordneten Zündeinrichtung. Die Längsachse der Zündeinrichtung kann dabei mit der Zylinderachse zusammenfallen oder leicht exzentrisch bezüglich der Zylinderachse angeordnet sein, wobei die Exzentrizität vorzugsweise maximal 3 mm oder 2% des

Zylinderbohrungsdurchmessers beträgt.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein an ein Feuerdeck grenzender erster Kühlraum zumindest einen vorzugsweise umlaufend ausgebildeten inneren Ringkanal im Bereich der Zündeinrichtung und zumindest einen vorzugsweise umlaufend ausgebildeten äußeren Ringkanal - im Grundriss

betrachtet - im Bereich einer Zylinderbohrung des Zylinders aufweist, wobei der

innerer Ringkanal mit dem äußeren Ringkanal über zumindest einen zwischen den Auslassventilsitzen der Auslassventile und/oder über zumindest einen zwischen einem Einlassventilsitz und einem Auslassventilsitz angeordneten gegossenen Stegkanal strömungsverbunden ist, und dass der innere Ringkanal mit dem äußeren Ringkanal über zumindest eine auf der Einlassseite angeordnete

Stegbohrung strömungsverbunden ist.

Der innere Ringkanal des ersten Kühlraums ist auf der Einlassseite mit dem äußeren Ringkanal nur über die Stegbohrungen zwischen den Einlasskanälen

strömungsverbunden.

Die Kühlung der Stegbereiche zwischen den Auslassventilsitzen und/oder zwischen zumindest einem Auslassventilsitz und einem Einlassventilsitz erfolgt in üblicher Weise über gegossene Stegkanale des ersten Kühlraumes. Im Bereich der Einspritzeinrichtung, wo konstruktive Zwänge gegossene Stegkanale verhindern oder zumindest erschweren, erfolgt die Kühlung über zumindest eine Stegbohrung. Dies ermöglicht auf fertigungstechnisch einfache Weise eine gezielte dosierte Wärmeabfuhr im Bereich der Mündung der Einspritzeinrichtung. Dabei kann die Kühlung über die Wahl des Querschnittes der Stegbohrung sehr leicht an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

Zur Kühlung der Einspritzeinrichtung ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Stegbohrung zwischen einem Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung verläuft. Eine Ausführung der Erfindung sieht dabei vor, dass zumindest eine erste Stegbohrung zwischen einem ersten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung und zumindest eine zweite Stegbohrung zwischen einem zweiten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Temperierung der Einspritzeinrichtung, insbesondere, wenn die erste und die zweite Stegbohrung symmetrisch in Bezug auf eine durch die Zylinderachse verlaufende Motorquerebene angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Längsachse der Einspritzeinrichtung in dieser Motorquerebene liegt. Die Längsachse der Einspritzeinrichtung ist dabei - gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung parallel zur Zylinderachse ausgebildet oder in Bezug auf die Zylinderachse unter

einem Winkel von maximal +15° geneigt angeordnet.

Dadurch, dass die Stegbohrungen von einer einlassseitigen Längsseitenwand des

Zylinderkopfes ausgehen, kann insbesondere bei Zylinderköpfen für mehrere in

Reihe angeordnete Zylinder eine einfache Fertigung erreicht werden. Dabei ist es zur Erreichung einer guten Kühlung bei gleichzeitig einfacher Fertigung besonders vorteilhaft, wenn die Stegbohrungen radial bezüglich der Zylinderachse angeordnet

sind.

Aus Fertigungs- und Festigungsgründen ist es günstig, wenn zumindest eine Stegbohrung mittig zwischen einem Einlasskanal und einer Bohrung zur Aufnahme der Einspritzeinrichtung angeordnet ist, also vom Einlasskanal und der

Einspritzeinrichtung gleich weit entfernt ist.

Es hat sich gezeigt, dass eine besonders gute Kühlung der Mündung der Einspritzeinrichtung erzielt werden kann, wenn die erste Stegbohrung und die zweite Stegbohrung -im Grundriss betrachtet - miteinander einen Winkel zwischen 20° und 45°, vorzugsweise etwa 30° + 5°, aufspannen.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Auslasskanal an den unteren ersten Kühlraum und an einen oberen zweiten Kühlraum grenzt, welcher vom Feuerdeck weiter entfernt ist, als der erste Kühlraum, wobei der zweite Teilraum zumindest teilweise - vorzugsweise vollständig - an einer dem ersten Teilraum abgewandten Seite des Auslasskanals angeordnet ist. Vorzugsweise ist der erste Kühlraum im Bereich der Zündeinrichtung mit dem zweiten Kühlraum über zumindest einen auf der Auslassseite angeordneten Verbindungskanal strömungsverbunden ist. Der Hauptkühlwasserübertritt zwischen dem oberen zweiten Kühlraum und dem unteren ersten Kühlraum erfolgt über diesen Verbindungskanal im Bereich der Zündeinrichtung. Dadurch kann eine gezielte Kühlung sowohl von thermisch kritischen Bereichen im Feuerdeck als auch der Auslasskanäle erreicht werden. Der Verbindungskanal kann in fertigungstechnisch einfach Weise als gegossener Kanal ausgebildet sein, welcher auf der Seite der Zündeinrichtung durch eine die Zündeinrichtung aufnehmende Zündeinrichtungshülse begrenzt wird. Die nass ausgeführte Zündeinrichtungshülse kann dabei direkt an den ersten und/oder

zweiten Kühlraum grenzen.

Die Zündeinrichtung kann direkt oder über eine vorzugsweise passive Vorkammer

in den Brennraum münden.

Brennkraftmaschinen mit Zylinderköpfen mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen mit im Wesentlichen parallelen Ventilachsen, einer zentralen Zündeinrichtung und einer seitlichen Einspritzeinrichtung eignen sich insbesondere für WasserstoffVerbrennungsverfahren. Durch die optimierte Position der Komponenten ist es möglich viele bestehende Motoren mit geringstmöglichem Änderungsaufwand auf

Wasserstoff mit direkter Einspritzung in den Brennraum umzubauen.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft für den Einsatz bei Nutzfahrzeugen, bei denen ein bestehendes Ventilbild mit im Wesentlichen „vertikalen Ventilen“, das heißt, Ventilen mit im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse ausgerichteten Ventilachsen, nicht geändert werden soll. Die Position der Zündeinrichtung und/oder der Einspritzeinrichtung muss dabei an das bestehende Ventilbild angepasst werden, wobei im Brennraum stets ein Tumble erzeugt werden muss, sodass die Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-gemisches Gemisches sichergestellt ist. Die in den Brennraum aus den Einlasskanälen einströmende Luft und die generierte Walzenströmung der Einlassströmung nimmt den durch die Einspritzeinrichtung eingespritzten Kraftstoff in Richtung der Zündeinrichtung mit, um eine sichere Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches

sicherzustellen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nichteinschränkenden Figuren näher

erläutert. Darin zeigen schematisch:

Fig. 1 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer

brennraumseitigen Ansicht,

Fig. 2 die Einlasskanalanordnung und Auslasskanalanordnung des Zylinderkopfes in

einer Draufsicht,

Fig. 3 die Einlass- und Auslasskanalanordnung des Zylinderkopfs in einer Draufsicht,

Fig. 4 den Zylinderkopf im Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 5 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie V - V in Fig. 4,

Fig. 6 die Einlasskanalanordnung des Zylinderkopfes in einer axonometrischen

Darstellung,

Fig. 7 den Zylinderkopf in einer brennraumseitigen Ansicht ohne Zündeinrichtung

und Einspritzeinrichtung,

Fig. 8 eine Kolbenmulde eines Kolbens der Brennkraftmaschine in einer

axonometrischen Darstellung,

Fig. 9 die Kolbenmulde in einem Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 7 und Fig. 8,

Fig. 10 die Kolbenmulde in einem Schnitt gemäß der Linie X-X in Fig. 7 und Fig. 8,

und

Fig. 11 die Kolbenmulde in einem Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. 7 und Fig. 8.

Der in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Zylinderkopf 1 einer MehrzylinderBrennkraftmaschine weist pro Zylinder 2 eine auf einer Einlassseite 3 angeordnete sogenannte siamesische - Einlasskanalanordnung 30 und eine auf einer Auslassseite 4 angeordnete Auslasskanalanordnung 40 auf. Die tumbleerzeugend ausgebildete Einlasskanalanordnung 30 weist einen ersten Einlasskanal 31 mit einem ersten Einlassventilsitz 311 für ein erstes Einlassventil 312 und einen zweiten Einlasskanal 32 mit einem zweiten Einlassventilsitz 321 für ein zweites Einlassventil 322 auf. Die beiden Einlasskanäle 31, 32 gehen von einem gemeinsamen Haupteinlasskanal 35 aus und sind zur Erzeugung einer walzenförmigen Ladungsbewegung im Brennraum 5 ausgelegt. Die Ventilachsen des ersten Einlassventiles 312 und des zweiten Einlassventiles 322 sind mit Bezugszeichen 311a, 312a bezeichnet.

Die Auslasskanalanordnung 40 weist einen ersten Auslasskanal 41 mit einem ersten Auslassventilsitz 411 für ein erstes Auslassventil 412 und einen zweiten Auslasskanal 42 mit einem zweiten Auslassventilsitz 421 für ein zweiten Auslassventil 422 auf. Die beiden Auslasskanäle 41, 42 münden pro Zylinder 2 in einen gemeinsamen Hauptauslasskanal 45. Die Ventilachsen des ersten Auslassventiles 412 und des zweiten Auslassventiles 422 sind mit Bezugszeichen 412a, 422a bezeichnet.

Im Bereich der Zylinderachse 2a des Zylinders 2 ist eine in den Brennraum 5 mündende Zündeinrichtung 6 zentral angeordnet, wobei die Zündeinrichtung 6 von einer im Zylinderkopf 1 angeordneten Zündeinrichtungshülse 60 aufgenommen

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wird. Die Exzentrizität der Längsachse 6a der Zündeinrichtung 6 zur Zylinderachse

2a beträgt maximal 2-3 mmm oder maximal 2% des Bohrungsdurchmessers D.

Zwischen den beiden Einlasskanälen 31, 32 ist eine Einspritzeinrichtung 7 zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 5 in einem ersten Abstand a von der Zylinderachse 2a angeordnet, wobei der erste Abstand a zwischen der Mündung 71 der Einspritzeinrichtung 7 und der Zylinderachse 2a etwa 33% bis 45% des Bohrungsdurchmessers D des Zylinders 2 beträgt. Der erste Anstand a ist hier größer als der zwischen der Ventilachse 311a, 321a des Einlassventils 311, 321 und der Zylinderachse 2a gemessene zweite Abstand b. Im Ausführungsbeispiel ist die Einspritzeinrichtung 7 in einer fest mit dem Zylinderkopf 1 verbundenen Injektorhülse 70 angeordnet. Alternativ dazu kann die Einspritzeinrichtung 7 auch direkt - also ohne Injektorhülse 70 - im Zylinderkopf 1 angeordnet sein.

Die durch das Feuerdeck 10 gebildete Brennraumdecke 14 des Zylinderkopfes 1 ist im Wesentlichen flach, insbesondere eben, und normal zur Zylinderachse 2a - also nicht „dachförmig“ - ausgebildet. Die Ventilachsen 312a, 322a; 412a, 422a der Einlassventile 312, 322 und der Auslassventile 412, 422 sind bezüglich der Zylinderachse 2a um einen Winkel von höchstens 5° geneigt und bevorzugt parallel! zur Zylinderachse 2a ausgebildet. Die Längsachse 7a der Einspritzeinrichtung 7 ist bezüglich der Zylinderachse 2a um einen Winkel von höchstens 15° geneigt und bevorzugt - wie in den Figuren dargestellt - parallel zur Zylinderachse 2a ausgebildet.

Der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf 1 weist eine insbesondere für Top-DownKühlkonzepte konzipierte Kühlraumanordnung 8 mit einem ersten Kühlraum 81 und einem zweiten Kühlraum 82 auf. Der erste Kühlraum 81 ist unterhalb der Auslasskanäle 41, 42 angrenzend an das Feuerdeck 10 - also zwischen den Auslasskanälen und dem Feuerdeck 10 - angeordnet. Der erste Kühlraum 81 weist einen umlaufend um die Zündeinrichtung 6 ausgebildeten inneren Ringkanal 811 zwischen Zündeinrichtung 6 und Einlasskanälen 31, 32 und Auslasskanälen 41, 42 und einen umlaufend ausgebildeten äußeren Ringkanal 812 im Bereich des Zylinderrandes 20 auf.

Der innere Ringkanal 811 ist auf der Auslassseite 4 mit dem äußeren Ringkanal 812 über einen gegossenen ersten Stegkanal 813 strömungsverbunden, welcher

zwischen den Auslassventilsitzen 411, 421 der Auslassventile 412, 422 im Bereich

einer durch die Zylinderachse 2a verlaufenden Motorquerebene 11 angeordnet ist. Weiters ist der innere Ringkanal 811 mit dem äußeren Ringkanal 812 im Bereich einer die Zylinderachse 2a beinhaltenden Motorlängsebene 12 über gegossene zweite Stegkanäle 814 strömungsverbunden, wobei die zweiten Stegkanäle 814 jeweils zwischen einem Auslassventilsitz 411; 421 und einem Einlassventilsitz 311; 321 angeordnet sind. Zur Kühlung des Bereichs der Mündung 71 der Einspritzeinrichtung 7 weist der erste Kühlraum 81 weiters auf der Einlassseite 3 eine erste Stegbohrung 815 und eine zweite Stegbohrung 816 auf, welche Stegbohrungen 815, 816 den inneren Ringkanal 811 mit dem äußeren Ringkanal 812 auf der Einlassseite 3 strömungsverbinden. Die Stegbohrungen 815, 816 sind im Wesentlichen radial in Bezug auf die Zylinderachse 2a ausgebildet und verlaufen in einer Normalebene auf die Zylinderachse 2a, wobei die erste Stegbohrung 815 zwischen dem ersten Einlasskanal 31 und der Einspritzeinrichtung 7 und die zweite Stegbohrung 816l zwischen dem zweiten Einlasskanal 32 und der Einspritzeinrichtung 7 angeordnet ist. Die Stegbohrungen 815, 816 verlaufen dabei jeweils etwa mittig zwischen den Einlasskanälen 31; 32 und der Einspritzeinrichtung 7 und sind somit von den Einlasskanälen 31; 32 und der Einspritzeinrichtung 7 etwa gleich weit entfernt. Die Stegbohrungen 31, 32 werden von der einlassseitigen Längsseitenwand 13 des Zylinderkopfes 1 her gebohrt, wobei die Bohrungen in der Längsseitenwand durch nicht weiter dargestellte Stopfen verschlossen werden. Die einlassseitige Längsseitenwand 13 verläuft in Längsrichtung der Brennkraftmaschine und ist beispielsweise parallel zur Motorlängsebene 12 orientiert.

Im Grundriss betrachtet spannen die erste Stegbohrung 815 und die zweite Stegbohrung 816 einen Winkel ß zwischen etwa 20° und 45°, vorzugsweise etwa 30° + 5°, auf und bilden zusammen mit einem Segment des äußeren Ringkanals 812 ein gleichschenkeliges Dreieck, wobei die Mündung 71 der Einspritzeinrichtung 7 etwa im Bereich des Flächenschwerpunktes des Dreiecks angeordnet ist, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die erste 815 und die zweite Stegbohrung 816 sind symmetrisch zu der die Zylinderachse 2a und die Längsachse 7a der Einspritzeinrichtung 7

beinhaltenden Motorquerebene 11 angeordnet.

Oberhalb der Auslasskanäle 41, 42 - also auf der dem ersten Kühlraum 81 abgewandten Seite der Auslasskanäle 41, 42 - ist der zweite Kühlraum 82 angeordnet, welcher mit dem inneren Ringkanal 811 des ersten Kühlraums 81 über

einen gegossenen Verbindungskanal 83 im Bereich der Zündeinrichtung 6 strömungsverbunden ist. Die Zündeinrichtungshülse 70 grenzt dabei direkt an den ersten Kühlraum 81, an den Verbindungskanal 83 und an den zweiten Kühlraum 82, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Der Verbindungskanal 83 bildet den Hauptkühlwasserübertritt zwischen dem zweiten Kühlraum 82 und dem ersten Kühlraum 81. Das Kühlwasser strömt dabei vom zweiten Kühlraum 82 über den Verbindungskanal 83 in den inneren Ringkanal 811 des ersten Kühlraumes 81 und von diesem inneren Ringkanal 811 über einen ersten Stegkanal 813 und einen zweiten Stegkanal 814 auf der Einlassseite in den äußeren Ringkanal 812 des

ersten Kühlraumes 81, wie durch Pfeile P in Fig. 5 angedeutet ist.

Der Zylinderkopf 1 eignet sich insbesondere für Brennverfahren mit Wasserstoff; Ethanol oder Methan als Kraftstoff.

Die Anordnung und Ausrichtung der Zündeinrichtung 6 und der Einspritzeinrichtung 7 bei „vertikalen“ - also parallel zur Zylinderachse 2a - angeordneten Einlassventilen 312, 322 und Auslassventilen 412, 422 ermöglichen die Umsetzung eines Tumble-Brennverfahrens. Die Erzeugung der Tumble-Ladungsbewegung T wird dabei durch eine geeignete Geometrie der Einlasskanalanordnung 30 und eine asymmetrische Bearbeitung der Einlassventilsitze 311, 321 unterstützt, wobei eine asymmetrische bzw. einseitige Anfasung 311a, 321a (siehe Fig. 1, Fig. 7) auf der der Auslassseite 4 zugewandten Seite jedes Einlassventilsitzes 311, 321 in das Feuerdeck 10 des Zylinderkopfes 1 eingearbeitet wird, um die Strömung von der Einlassseite 3 auf die Auslassseite 4 zu lenken. Wie in Fig. 2 und 6 gezeigt ist, sind die Einlasskanäle 31, 32 nach der Verzweigung aus dem Haupteinlasskanal 33 so in einem Bogen und/oder geneigt bezüglich der Zylinderachse 2a ausgebildet, dass im Brennraum 5 eine zum Zündort der Zündeinrichtung 6 gerichtete Tumble-

Ladungsbewegung T erzeugt wird.

Die Tumble-Ladungsbewegung T im Brennraum 5 wird zusätzlich unterstützt durch Kolben 9 mit Kolbenmulden 90, welche sogenannte „Pent roof-Form“ aufweisen. Diese in den Fig. 8 bis 11 gezeigte Kolbenmulde 90 führt zu einem rechtzeitigen Zerfall der Tumble-Strömung und Umwandlung in Turbulenz vor dem Erreichen des Zündortes der Zündeinrichtung 6. Dadurch bildet sich ein optimales Turbulenzfeld um die zentral angeordnete Zündeinrichtung 6.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Brennkraftmaschine, insbesondere mit mehreren Zylindern (2), mit einem Zylinderkopf (1) mit einer eine Einlasskanalanordnung (30) mit zwei Einlassventilen (312, 322) pro Zylinder (2) aufweisenden Einlassseite (3) und einer eine Auslasskanalanordnung (40) mit zwei Auslassventilen (412, 422) pro Zylinder (2) aufweisenden Auslassseite (4), wobei jedem Einlassventil (312, 322) ein Einlasskanal (31, 32) mit einem Einlassventilsitz (311, 321) und jedem Auslassventil (412, 422) ein Auslasskanal (41, 42) mit zumindest einem Auslassventilsitz (411, 421) zugeordnet ist und die Ventilachsen (312a, 322a; 412a, 422a) der Einlassventile (312, 322) und der Auslassventile (412, 422) mit einer Zylinderachse (2a) jeweils einen Winkel von 0°+ 5° einschließen, mit einer im Bereich der Zylinderachse (2a) angeordneten Zündeinrichtung (6) mit einer ersten Längsachse, welche parallel zur Zylinderachse (2a) ausgebildet ist oder in Bezug auf die Zylinderachse (2a) unter einem Winkel von maximal 45° geneigt angeordnet ist, und mit einer zwischen den zwei Einlasskanälen (31, 32) auf der Einlassseite (3) angeordneten Einspritzeinrichtung (7) zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum (5), deren Mündung (71) von der Zylinderachse (2a) beabstandet und in einem Bereich zwischen den Einlassventilsitzen (311, 321) der Einlassventile (312, 322) angeordnet ist, wobei ein erster Abstand (a) zwischen der Mündung (71) der Einspritzeinrichtung (7) und der Zylinderachse (2a) 33% bis 45% eines Bohrungsdurchmessers (D) des Zylinders (2) beträgt, und wobei eine durch ein Feuerdeck (10) des Zylinderkopfes (1) gebildete Brennraumdecke (14) im Wesentlichen flach, insbesondere eben, ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (7) eine zweite Längsachse (7a) aufweist, welche parallel zur Zylinderachse (2a) ausgebildet ist oder in Bezug auf die Zylinderachse (2a) unter einem Winkel von maximal

   45° geneigt angeordnet ist.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Einlasskanäle (31, 32) - vorzugsweise beide Einlasskanäle (31, 32) - tumbleerzeugend ausgebildet ist/sind, wobei vorzugsweise die beiden Einlasskanäle (31, 32) jedes Zylinders (2) von einem gemeinsamen

   Haupteinlasskanal (33) ausgehen.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in das Feuerdeck (10) des Zylinderkopfes (1) auf der der Auslassseite (4) zugewandten Seite zumindest eines Einlassventilsitzes (311, 321) zumindest

   eine vorzugsweise asymmetrische Anfasung (311a, 321a) eingearbeitet ist.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein an das Feuerdeck (10) grenzender erster Kühlraum (81) zumindest einen vorzugsweise umlaufend ausgebildeten inneren Ringkanal (811) im Bereich der Zündeinrichtung (6) und zumindest einen vorzugsweise umlaufend ausgebildeten äußeren Ringkanal (812) im Bereich einer Zylinderbohrung (20) des Zylinders (2) aufweist, wobei der innerer Ringkanal (811) mit dem äußeren Ringkanal (812) über zumindest einen zwischen den Auslassventilsitzen (411, 421) der Auslassventile (412, 422) und/oder über zumindest einen zwischen einem Einlassventilsitz (311, 321) und einem Auslassventilsitz (411, 421) angeordneten gegossenen Stegkanal (813, 814) strömungsverbunden ist, und dass der innere Ringkanal (811) mit dem äußeren Ringkanal (812) über zumindest eine auf der Einlassseite (3) angeordnete Stegbohrung (815, 816) strömungsverbunden ist.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stegbohrung (815, 816) - vorzugsweise mittig - zwischen einem Einlasskanal (31, 32) und der Einspritzeinrichtung (7) angeordnet ist.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Stegbohrung (815) zwischen einem ersten Einlasskanal (31) und der Einspritzeinrichtung (7) und zumindest eine zweite Stegbohrung (816) zwischen einem zweiten Einlasskanal (32) und der

   Einspritzeinrichtung (7) angeordnet ist.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stegbohrung (815) und die zweite Stegbohrung (816) symmetrisch in Bezug auf eine durch die Zylinderachse (2a) verlaufende Motorquerebene (11) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Längsachse (7a) der

   Einspritzeinrichtung (7) in dieser Motorquerebene (11) liegt.

   11.

   12.

   13.

   14.

   12

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stegbohrung (815) und die zweite Stegbohrung (816) miteinander einen Winkel (ß) zwischen 20° und 45°, vorzugsweise etwa 30° +

   5°, aufspannen.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stegbohrung (815, 816) radial bezüglich der Zylinderachse (2a) angeordnet ist.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stegbohrung (815, 816) von einer

   einlassseitigen Längsseitenwand (13) des Zylinderkopfes (1) ausgeht.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auslasskanal (41, 42) an den ersten Kühlraum (81) und an einen zweiten Kühlraum (82) grenzt, welcher vom Feuerdeck (10) überwiegend weiter entfernt ist, als der erste Kühlraum (81), wobei der zweite Kühlraum (82) zumindest teilweise - vorzugsweise vollständig - an einer dem ersten Kühlraum (81) abgewandten Seite des

   Auslasskanals (41, 42) angeordnet ist.

   Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlraum (81) im Bereich der Zündeinrichtung (6) mit dem zweiten Kühlraum (82) über zumindest einen auf der Auslassseite (4) angeordneten Verbindungskanal (83) strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise der

   Verbindungskanal (83) ein gegossener Kanal ist.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (1) eine Zündeinrichtungshülse (60) zur Aufnahme der Zündeinrichtung (6) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Zündeinrichtungshülse (60) nass ausgeführt ist und direkt an den ersten Kühlraum (81) und/oder den zweiten Kühlraum (82) grenzt.

   Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse (6a) der Zündeinrichtung (6) exzentrisch bezüglich der Zylinderachse (2a) angeordnet ist, wobei

   vorzugsweise die Exzentrizität maximal 3 mm oder 2% des

   Zylinderbohrungsdurchmessers (D) beträgt.

   15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung (6) eine - vorzugsweise passive -

   Vorkammer aufweist.

   25.02.2021 FÜ