AT526350B1

AT526350B1 - Brennkraftmaschine mit einem Top-Down-Kühlkonzept

Info

Publication number: AT526350B1
Application number: ATA50596/2022A
Authority: AT
Inventors: Zurk Ing Andreas; Arnberger Dipl -Ing Anton; Klampfer Ing Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2022-08-08
Filing date: 2022-08-08
Publication date: 2024-02-15
Also published as: AT526350A4; WO2024031112A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Top-Down-Kühlkonzept, insbesondere mit mehreren Zylindern (2), mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf (1) mit einem an ein Feuerdeck (10) grenzenden ersten Kühlraum (81) und einem zweiten Kühlraum (82), welcher durch ein Zwischendeck vom ersten Kühlraum (83) getrennt ist, und welcher vom Feuerdeck (10) überwiegend weiter entfernt ist als der erste Kühlraum (81), wobei der erste Kühlraum (81) und der zweite Kühlraum (82) im Bereich der Zündeinrichtung (6) miteinander strömungsverbunden sind, mit einer Einlasskanalanordnung (30) auf einer Einlassseite (3) und einer Auslasskanalanordnung (40) auf einer Auslassseite (4), mit pro Zylinder zwei Einlassventilen (312, 322), zwei Auslassventilen (412, 422), einer zentral in einen Brennraum (5) mündenden Zündeinrichtung (6) und einer seitliche in den Brennraum (5) mündenden Einspritzeinrichtung (7), die zwischen einem ersten Einlasskanal (31) und einem zweiten Einlasskanal (32) der Einlasskanalanordnung (30) angeordnet ist. Um eine ausreichende Kühlung der Einspritzeinrichtung (7) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der erste Einlasskanal (31) und der zweite Einlasskanal (32) jedes Zylinders (2) im Zylinderkopf (1) von zumindest einer seitlichen Flanschfläche (33) des Zylinderkopfes (1) ausgehend getrennt geführt sind, und dass die Einspritzeinrichtung (7) zumindest teilweise von einer mit dem zweiten Kühlraum (82) strömungsverbundenen oder als Teil des zweiten Kühlraumes (82) ausgebildeten Kühlkammer (85) umgeben ist.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Top-Down-Kühlkonzept, insbesondere mit mehreren Zylindern, mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit einem an ein Feuerdeck grenzenden ersten Kühlraum und einem zweiten Kühlraum, welcher durch ein Zwischendeck vom ersten Kühlraum getrennt ist, und welcher vom Feuerdeck überwiegend weiter entfernt ist als der erste Kühlraum, wobei der erste Kühlraum und der zweite Kühlraum im Bereich der Zündeinrichtung miteinander strömungsverbunden sind, mit einer Einlasskanalanordnung auf einer Einlassseite und einer Auslasskanalanordnung auf einer Auslassseite des Zylinderkopfes, mit pro Zylinder zwei Einlassventilen, zwei Auslassventilen, einer zentral in einen Brennraum mündenden Zündeinrichtung und einer seitliche in den Brennraum mündenden Einspritzeinrichtung, die zwischen einem ersten Einlasskanal und einem zweiten Einlasskanal der Einlasskanalanordnung angeordnet ist.

[0002] Als Top-Down-Kühlkonzept wird ein Kühlkonzept bezeichnet, bei dem zuerst der feuerdeckfernere zweite Kühlraum und dann erst der feuerdecknahe erste Kühlraum vom Kühlmittel durchströmt wird.

[0003] Eine derartige Brennkraftmaschine mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen, einer mittigen Zündeinrichtung und einer seitlichen Einspritzeinrichtung ist aus der AT 524 316 B1 bekannt. Zu jedem Einlassventil führt ein Einlasskanal, wobei die Einlasskanäle innerhalb des Zylinderkopfes von einem gemeinsamen Haupteinlasskanal ausgehen. Zur Kühlung der zwischen den beiden Einlasskanälen angeordneten Einspritzeinrichtung ist eine Bohrungsanordnung mit mehreren Kühlbohrungen vorgesehen.

[0004] 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.

[0005] Die EP 1 443 188 A2 beschreibt eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Brennraum mit Benzindirekteinspritzung mit einem Zylinderkopf, der zwei Einlass-Gaswechselventile, zwei Auslass-Gaswechselventile und eine zwischen den Gaswechselventilen angeordnete Zündeinrichtung und ein zwischen einem Einlass- und einem Auslass-Gaswechselventil angeordnetes Benzineinspritzventil aufweist, wobei die Einlassventilschäfte und die Auslassventilschäfte jeweils eine Ebene aufspannen, die weitgehend parallel zu einer Brennkraftmaschinenlängsachse ausgerichtet ist. Die Längsachse des Benzineinspritzventils ist parallel zur Zylinderachse ausgerichtet.

[0006] Die WO 2007/125400 A2 offenbart eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer mittig angeordneten Zündeinrichtung und einer in der dachförmigen Brennraumdecke außermittig zwischen zwei Auslassventilen angeordneten Einspritzeinrichtung.

[0007] Die EP 0 924 422 A2 offenbart einen Zylinderkopf für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, welche eine mittige Zündkerze und eine seitliche Einspritzeinrichtung zwischen einem ersten Einlasskanal und einem zweiten Einlasskanal aufweist, wobei die Einlasskanäle von einer seitlichen Flanschfläche ausgehend getrennt geführt sind. Der Zylinderkopf weist nur einen einzigen an ein Feuerdeck grenzenden Kühlraum mit einer oberen Kühlwasserpassage und einer unteren Kühlwasserpassage auf, wobei die Einspritzeinrichtung im Bereich des Feuerdecks von einem Teil dieses Kühlraumes umgeben ist.

[0008] 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.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art auf einfache Weise eine ausreichende Kühlung der Einspritzeinrichtung zu ermöglichen.

[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal jedes Zylinders im Zylinderkopf von zumindest einer seitlichen Flanschfläche des Zylinderkopfes ausgehend getrennt geführt sind, und dass die Einspritzeinrichtung zumindest teilweise von einer mit dem zweiten Kühlraum strömungsverbundenen oder als Teil des zweiten Kühlraumes ausgebildeten Kühlkammer umgeben ist, wobei zwischen dem ersten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung zumindest eine erste Zylinderkopfschraube angeordnet ist.

[0011] Dadurch, dass der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal jedes Zylinders im Zylinderkopf von zumindest einer seitlichen Flanschfläche des Zylinderkopfes ausgehend getrennt geführt sind, wird erreicht, dass zwischen den Einlasskanälen genug Bauraum für die Anordnung und Kühlung der Einspritzeinrichtung bereitgestellt werden kann. Durch die die Einspritzeinrichtung zumindest umgebende Kühlkammer kann eine ausreichende Kühlung der Einspritzeinrichtung zu ermöglicht werden.

[0012] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlkammer über zumindest einen im Feuerdeck auf der Einlassseite angeordneten Verbindungskanal mit einem Kühlmantel eines an den Zylinderkopf grenzenden Zylinderblockes verbunden ist. Dadurch kann die Einspritzeinrichtung direkt mit dem aus dem Zylinderblock kommenden Kühlmittel gekühlt werden.

[0013] Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung zumindest eine zweite Zylinderkopfschraube angeordnet. Die Einlasskanäle sind somit jeweils zwischen zwei Zylinderkopfschrauben geführt, wobei die Einlasskanäle um die der Einlasseinrichtung benachbarten Zylinderkopfschrauben in einem Bogen herumgeführt sind. Dies ermöglicht es genug Bauraum zur Anordnung von Kühlkanälen und Kühlräumen zur Kühlung der Einspritzeinrichtung bereitzustellen.

[0014] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei benachbarte Einlasskanäle zweier benachbarter Zylinder von einer gemeinsamen Flanschfläche ausgehen. Dabei sind günstigerweise diese zumindest zwei Einlasskanäle von benachbarten Zylindern unmittelbar beidseits einer zwischen zwei benachbarten Zylindern verlaufenden Motorquerebene angeordnet. Somit sind der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal jedes Zylinders größtmöglich voneinander beabstandet, wobei der maximale Abstand zwischen den beiden Einlasskanälen etwa dem Bohrungsdurchmesser des Zylinders entspricht.

[0015] Dabei kann im Bereich zumindest einer Motorquerebene zwischen zwei benachbarten Zylindern zumindest eine dritte Zylinderkopfschraube angeordnet sein, wobei vorzugsweise die dritte Zylinderkopfschraube eine geringere Entfernung von einer durch die Zylinderachsen aufgespannten Motorlängsebene aufweist als die erste Zylinderkopfschraube und/oder die zweite Zylinderkopfschraube.

[0016] Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass der erste Kühlraum zumindest einen zwischen dem ersten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung angeordneten ersten Kühlkanal und zumindest einen zwischen dem zweiten Einlasskanal und der Einspritzeinrichtung angeordneten zweiten Kühlkanal aufweist, wobei vorzugsweise der erste Kühlkanal und/oder der zweite Kühlkanal gegossen ausgeführt ist/sind. Der erste und der zweite Kühlkanal umgeben zumindest teilweise die Einspritzeinrichtung und gehen dabei von einem dritten Stegkanal aus, welcher feuerdecknah im Bereich der Einlassventilsitze zwischen den beiden Einlasskanälen verläuft.

[0017] Die Einlassventile und/oder Auslassventile sind günstigerweise - mit einer maximalen Abweichung von +5° - im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse angeordnet.

[0018] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Abstand zwischen der Mündung der Einspritzeinrichtung und der Zylinderachse 35% bis 45% des Bohrungsdurchmessers des Zylinders beträgt. Damit wird erreicht, dass der Kraftstoff optimal in die - vorzugsweise walzenartige - Einlassströmung eingespritzt wird.

[0019] Dabei kann eine ausgeprägte Tumble-Ladungsbewegung im Brennraum initiiert werden, wenn zumindest einer der Einlasskanäle - vorzugsweise beide Einlasskanäle - tumbleerzeugend ausgebildet ist/sind.

[0020] Zur Unterstützung der Tumble-Ladungsbewegung ist es weiters vorteilhaft, wenn in das Feuerdeck des Zylinderkopfes auf der der Auslassseite zugewandten Seite zumindest eines Einlassventilsitzes zumindest eine vorzugsweise asymmetrische Anfasung eingearbeitet ist.

[0021] Um eine symmetrischen Einlass-Walzenströmung zu initiieren ist es vorteilhaft, wenn der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal zumindest eines Zylinders symmetrisch zu einer die Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene ausgebildet sind. Günstigerweise ist die Längsachse der Einspritzeinrichtung in einer die Zylinderachse beinhaltenden Motorquerebene angeordnet.

[0022] In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Auslasskanal an den ersten Kühlraum und an den zweiten Kühlraum grenzt, wobei der zweite Kühlraum zumindest teilweise - vorzugsweise vollständig - an einer dem ersten Kühlraum abgewandten Seite des Auslasskanals angeordnet ist.

[0023] Vorteilhafterweise ist der erste Kühlraum im Bereich der Zündeinrichtung mit dem zweiten Kühlraum über zumindest einen auf der Auslassseite und/oder Einlassseite angeordneten Verbindungskanal strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise der Verbindungskanal ein gegossener Kanal ist.

[0024] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der erste Kühlraum im Bereich der Zündeinrichtung mit dem zweiten Kühlraum über zumindest einen vorzugsweise auf der Auslassseite angeordneten Verbindungskanal strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise der Verbindungskanal ein gegossener Kanal ist. Das Kühlmittel gelangt dabei - vorzugsweise im Bereich der Einspritzeinrichtung - vom Zylinderblock kommend direkt in den zweiten Kühlraum und gelangt über den zumindest einen Verbindungskanal im Bereich der Zündeinrichtung in den feuerdecknahen ersten Kühlraum.

[0025] Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass im Zylinderkopf eine Zündeinrichtungshülse zur Aufnahme der Zündeinrichtung angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Zündeinrichtungshülse nass ausgeführt ist und direkt an den ersten Kühlraum und/oder den zweiten Kühlraum grenzt.

[0026] Weiters ist für eine gute Kühlung der Einspritzeinrichtung vorteilhaft, wenn im Zylinderkopf eine Injektorhülse zur Aufnahme der Einspritzeinrichtung angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Injektorhülse nass ausgeführt ist und direkt an die Kühlkammer und/oder den zweiten Kühlraum grenzt.

[0027] Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen:

[0028] Fig. 1 einen Zylinderkopf einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig.5,

[0029] Fig. 2 den Zylinderkopf aus Fig. 1 in einer Detailansicht,

[0030] Fig. 3 die Einlasskanäle des Zylinderkopfes in einer axonometrischen Kerndarstellung [0031] Fig. 4 den Zylinderkopf im Schnitt gemäß der Linie IV - IV in Fig.6,

[0032] Fig. 5 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie V - V in Fig.4 und

[0033] Fig. 6 den Zylinderkopf in einem Schnitt gemäß der Linie VI - VI in Fig.2.

[0034] Der in den Fig. 1 bis 6 dargestellte Zylinderkopf 1 einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine weist pro Zylinder 2 eine auf einer Einlassseite 3 angeordnete Einlasskanalanordnung 30 und eine auf einer Auslassseite 4 angeordnete Auslasskanalanordnung 40 auf. Die einlassseitige Längsseitenwand 13 des Zylinderkopfes 1 verläuft in Längsrichtung der Brennkraftmaschine und ist beispielsweise parallel zur Motorlängsebene 12 orientiert. Die tumbleerzeugend ausgebildete

Einlasskanalanordnung 30 weist einen ersten Einlasskanal 31 mit einem ersten Einlassventilsitz für ein erstes Einlassventil und einen zweiten Einlasskanal 32 mit einem zweiten Einlassventilsitz für ein zweites Einlassventil 322 auf. Die beiden Einlasskanäle 31, 32 gehen von der Einlassseite 3 des Zylinderkopfes 1 aus und sind jeweils zwischen einer Flanschfläche 33 an der Einlassseite 3 und den Einlassventilsitzen völlig getrennt geführt (Fig.2).

[0035] Bei dem dargestellten Zylinderkopf 1 sind zumindest einem Zylinder 2 acht Zylinderkopfschrauben 15 zugeordnet, welche - Grundriss betrachtet - beispielsweise in Form eines regelmäBigen Achteckes angeordnet sein können und gleichen radialen Abstand zur Zylinderachse 2a aufweisen. Die im Bereich der Motorquerebene 111 zwischen zwei benachbarten Zylindern 2 angeordneten Zylinderkopfschrauben 15 sind beiden benachbarten Zylindern 2 zugeordnet.

[0036] Zwischen dem ersten Einlasskanal 31 und der Einspritzeinrichtung 7 ist zumindest eine erste Zylinderkopfschraube 151, zwischen dem zweiten Einlasskanal 32 und der Einspritzeinrichtung 7 zumindest eine zweite Zylinderkopfschraube 152 angeordnet. Im Bereich einer Motorquerebene 111 zwischen zwei Zylindern 2 ist zwischen zwei benachbarten und jeweils unterschiedlichen Zylindern 2 angehörenden Einlasskanälen 31, 32 zumindest eine dritte Zylinderkopfschraube 153 angeordnet. Die dritte Zylinderkopfschraube 153 weist eine geringere Entfernung b von einer durch die Zylinderachsen 2a aufgespannten Motorlängsebene 12 auf als die erste Zylinderkopfschraube 151 oder die zweite Zylinderkopfschraube 152, deren Entfernungen von der Motorlängsebene jeweils mit c bezeichnet ist (Fig.2).

[0037] Die Einlasskanäle 31, 32 sind somit jeweils zwischen zwei Zylinderkopfschrauben 151, 152 geführt, wobei die Einlasskanäle 31, 32 um die der Einlasseinrichtung 7 benachbarten Zylinderkopfschrauben 151, 152 in einem Bogen herumgeführt sind. Dies ermöglicht es genug Bauraum zur Anordnung von Kühlkanälen und Kühlräumen zur Kühlung der Einspritzeinrichtung 7 bereitzustellen.

[0038] Die Einlasskanäle 31, 32 sind zur Erzeugung einer walzenförmigen Ladungsbewegung im Brennraum 5 ausgelegt. Die Ventilachsen des ersten Einlassventiles und des zweiten Einlassventiles sind mit Bezugszeichen 312a, 322a bezeichnet (Fig.2, 3).

[0039] Bei zumindest einem Zylinder 2 sind der erste Einlasskanal 31 und der zweite Einlasskanal 32 größtmöglich voneinander beabstandet angeordnet, wobei beispielsweise der maximale Abstand A zwischen den beiden Einlasskanälen 31, 32 etwa dem Bohrungsdurchmesser des Zylinders 2 entspricht (Fig.2).

[0040] Die Auslasskanalanordnung 40 weist einen ersten Auslasskanal 41 mit einem ersten Auslassventilsitz für ein erstes Auslassventil und einen zweiten Auslasskanal 42 mit einem zweiten Auslassventilsitz für ein zweites Auslassventil auf. Die beiden Auslasskanäle 41, 42 münden pro Zylinder 2 in einen gemeinsamen Hauptauslasskanal 45. Die Ventilachsen des ersten Auslassventiles und des zweiten Auslassventiles sind mit Bezugszeichen 412a, 422a angedeutet (Fig.2).

[0041] 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 wird. Die Exzentrizität der Längsachse 6a der Zündeinrichtung 6 zur Zylinderachse 2a beträgt maximal 2-3 mmm oder maximal 2% des Bohrungsdurchmessers.

[0042] Zwischen den beiden Einlasskanälen 31, 32 ist eine Einspritzeinrichtung 7 zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 5 in einem ersten Abstand von der Zylinderachse 2a angeordnet, wobei der erste Abstand zwischen der Mündung 71 der Einspritzeinrichtung 7 und der Zylinderachse 2a etwa 35% bis 45% des Bohrungsdurchmessers des Zylinders 2 beträgt. Der erste Abstand ist hier größer als der zwischen der Ventilachse 312a, 322a des Einlassventils 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 (Fig. 6). Alternativ dazu kann die Einspritzeinrichtung 7 auch direkt - also ohne Injektorhülse 70 - im Zylinderkopf 1 angeordnet sein.

[0043] 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 und der Auslassventile 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 ersten Winkel a von 45° geneigt ausgebildet.

[0044] Der flüssigkeitsgekühlte Zylinderkopf 1 weist eine insbesondere für Top-Down- Kühlkonzepte konzipierte Kühlraumanordnung 8 mit einem ersten Kühlraum 81 und einem zweiten Kühlraum 82 auf, wobei der zweite Kühlraum 82 - feuerdeckferner - über dem ersten Kühlraum 81 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Kühlraum 81 und dem zweiten Kühlraum 82 ist eine Zwischendeck 16 des Zylinderkopfes ausgebildet, welches die beiden Kühlräume 81, 82 voneinander trennt. Der erste Kühlraum 81 ist unterhalb der Auslasskanäle 41, 42 angrenzend an das Feuerdeck 10 - also zwischen den Auslasskanälen 41, 42 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 (Fig.4). Bei Top-Down-Kühlkonzepten wird zuerst der feuerdeckfernere zweite Kühlraum 82 und dann erst der feuerdecknahe erste Kühlraum 81 vom Kühlmittel durchströmt.

[0045] 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 der Auslassventile 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 und einem Einlassventilsitz angeordnet sind. Weiters ist zwischen den Einlassventilsitzen im Bereich der Motorquerebene 11 ein dritter Stegkanal 815 angeordnet, welcher sich in einen ersten Kühlkanal 816 und einen zweiten Kühlkanal 817 aufteilt und über diese Kühlkanäle 816, 817 den inneren Ringkanal 811 mit dem äußeren Ringkanal 812 verbindet. Die Kühlkanäle 816, 817 umfassen die Einspritzeinrichtung 7 beidseits der Motorquerebene 11 und dienen insbesondere zur Kühlung des Bereichs der Mündung 71 der Einspritzeinrichtung 7.

[0046] Der dritte Stegkanal 815 und die Kühlkanäle 816, 817 sind gusstechnisch hergestellt und verlaufen im Wesentlichen radial in Bezug auf die Zylinderachse 2a in einer Normalebene auf die Zylinderachse 2a, wobei der erste Kühlkanal 816 zwischen dem ersten Einlasskanal 31 und der Einspritzeinrichtung 7 und der zweite Kühlkanal 817 zwischen dem zweiten Einlasskanal 32 und der Einspritzeinrichtung 7 angeordnet ist. Die Kühlkanäle 816, 817 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 (Fig.4).

[0047] Im Grundriss betrachtet spannen der erste Kühlkanal 816 und der zweite Kühlkanal 817 einen Winkel ß zwischen etwa 20° und 45°, vorzugsweise etwa 30° + 5°, auf. Der erste Kühlkanal 816 und der zweite Kühlkanal 817 sind symmetrisch zu der die Zylinderachse 2a und die Längsachse 7a der Einspritzeinrichtung 7 beinhaltenden Motorquerebene 11 angeordnet (Fig.4).

[0048] 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. Uber den beispielsweise auf der Auslassseite 4 angeordnet Verbindungskanal 83 erfolgt der Hauptkühlwasserübertritt zwischen dem oberen zweiten Kühlraum 82 und dem unteren ersten Kühlraum 81. Die Zündeinrichtungshülse 60 grenzt dabei direkt an den ersten Kühlraum 81, an den Verbindungskanal 83 und an den zweiten Kühlraum 82, wie aus Fig. 6 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 den ersten Stegkanal

813, die zweiten Stegkanäle 814 in der Motorlängsebene 12 und den dritten Stegkanal 815 auf der Einlassseite durch die Kühlkanäle 816, 817 beidseits der Einspritzeinrichtung 7 in den äußeren Ringkanal 812 des ersten Kühlraumes 81, wie durch Pfeile P in Fig.5 und 6 angedeutet ist.

[0049] Optional kann zusätzlich auch eine Kühlmittelzuführung direkt aus einem nicht weiter dargestellten Zylinderblock, der an den Zylinderkopf 1 angeschlossen ist, zur Kühlung der Einspritzeinrichtung 7 verwendet werden. Wie durch die Pfeile S in Fig. 6 angedeutet ist, strömt dabei das Kühlmittel vom Kühlmantel des Zylinderblockes kommend über einen auf der Einlassseite 3 im Feuerdeck vorgesehenen Verbindungskanal 84 in eine die Injektorhülse zumindest teilweise umgebende Kühlkammer 85 und gelangt über zumindest einen in Fig. 6 nicht ersichtlichen Uberströmkanal in den zweiten Kühlraum 82. Danach werden der zweite Kühlraum 82 und der erste Kühlraum 81 im bereits beschriebenen Top-Down-Cool-Verfahren durchströmt und die Einspritzeinrichtung 7 über die sich vom dritten Stegkanal verzweigenden Kühlkanäle 816, 817 gekühlt.

[0050] Der Zylinderkopf 1 eignet sich insbesondere für Brennverfahren mit Wasserstoff, Ethanol oder Methan als Kraftstoff.

[0051] Die Anordnung und Ausrichtung der Zündeinrichtung 6 und der Einspritzeinrichtung 7 bei „vertikalen“ - also parallel zur Zylinderachse 2a - angeordneten Einlassventilen und Auslassventilen ermöglichen die Umsetzung eines Tumble-Brennverfahrens. Die Erzeugung der TumbleLadungsbewegung wird dabei durch eine geeignete Geometrie der Einlasskanalanordnung 30 und eine asymmetrische Bearbeitung der Einlassventilsitze unterstützt, wobei eine asymmetrische bzw. einseitige Anfasung auf der der Auslassseite 4 zugewandten Seite jedes Einlassventilsitzes 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 3 gezeigt ist, sind die Einlasskanäle 31, 32 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 erzeugt wird.

[0052] Die Tumble-Ladungsbewegung im Brennraum 5 wird zusätzlich unterstützt durch Kolben 9 mit Kolbenmulden 90, welche sogenannte „Pent roof-Form“ aufweisen. Diese nicht weiter dargestellte Kolbenmulde 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

Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine mit einem Top-Down-Kühlkonzept, insbesondere mit mehreren Zylindern (2), mit einem flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf (1) mit einem an ein Feuerdeck (10) grenzenden ersten Kühlraum (81) und einem zweiten Kühlraum (82), welcher durch ein Zwischendeck vom ersten Kühlraum (81) getrennt ist, und welcher vom Feuerdeck (10) überwiegend weiter entfernt ist als der erste Kühlraum (81), wobei der erste Kühlraum (81) und der zweite Kühlraum (82) im Bereich der Zündeinrichtung (6) miteinander strömungsverbunden sind, mit einer Einlasskanalanordnung (30) auf einer Einlassseite (3) und einer Auslasskanalanordnung (40) auf einer Auslassseite (4) des Zylinderkopfes (1), mit pro Zylinder zwei Einlassventilen, zwei Auslassventilen, einer zentral in einen Brennraum (5) mündenden Zündeinrichtung (6) und einer seitliche in den Brennraum (5) mündenden Einspritzeinrichtung (7), die zwischen einem ersten Einlasskanal (31) und einem zweiten Einlasskanal (32) der Einlasskanalanordnung (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlasskanal (31) und der zweite Einlasskanal (32) jedes Zylinders (2) im Zylinderkopf (1) von zumindest einer seitlichen Flanschfläche (33) des Zylinderkopfes (1) ausgehend getrennt geführt sind, und dass die Einspritzeinrichtung (7) zumindest teilweise von einer mit dem zweiten Kühlraum (82) strömungsverbundenen oder als Teil des zweiten Kühlraumes (82) ausgebildeten Kühlkammer (85) umgeben ist, wobei zwischen dem ersten Einlasskanal (31) und der Einspritzeinrichtung (7) zumindest eine erste Zylinderkopfschraube (151) angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammer (85) über zumindest einen im Feuerdeck (10) auf der Einlassseite (3) angeordneten Verbindungskanal (84) mit einem Kühlmantel eines an den Zylinderkopf (1) grenzenden Zylinderblockes verbunden ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Einlasskanal (32) und der Einspritzeinrichtung (7) zumindest eine zweite Zylinderkopfschraube (152) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte Einlasskanäle (31, 32) zweier benachbarter Zylinder (2) von einer gemeinsamen Flanschfläche (33) ausgehen.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei benachbarte Einlasskanäle (31, 32) von benachbarten Zylindern (2) unmittelbar beidseits einer zwischen zwei benachbarten Zylindern (2) verlaufenden Motorquerebene (11) angeordnet sind.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest einem Zylinder (2) der erste Einlasskanal (31) und der zweite Einlasskanal (32) größtmöglich voneinander beabstandet sind, wobei besonders vorzugsweise der maximale Abstand (A) zwischen den beiden Einlasskanälen (31, 32) etwa dem Bohrungsdurchmesser (D) des Zylinders (2) entspricht.

7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich zumindest einer Motorquerebene (11) zwischen zwei benachbarten Zylindern (2) zumindest eine dritte Zylinderkopfschraube (153) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die dritte Zylinderkopfschraube (153) eine geringere Entfernung (b) von einer durch die Zylinderachsen (2a) aufgespannten Motorlängsebene (12) aufweist als die erste Zylinderkopfschraube (151) und/oder die zweite Zylinderkopfschraube (152).

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlraum (81) zumindest einen zwischen dem ersten Einlasskanal (31) und der Einspritzeinrichtung (7) angeordneten ersten Kühlkanal (816) und zumindest einen zwischen dem zweiten Einlasskanal (32) und der Einspritzeinrichtung (7) angeordneten zweiten Kühlkanal (817) aufweist, wobei vorzugsweise der erste Kühlkanal (816) und/oder der zweite Kühlkanal (817) gegossen ausgeführt ist/sind und die Einspritzeinrichtung (7) zumindest teilweise umgeben.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile und/oder Auslassventile - mit einer maximalen Abweichung von +5° - parallel zur Zylinderachse (2a) angeordnet sind.

10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (7) unter einem Winkel (a) von etwa 45° +15° zur Zylinderachse (2a) in einen Brennraum (5) einmündet.

11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen der Mündung (71) der Einspritzeinrichtung (7) und der Zylinderachse (2a) 35% bis 45% eines Bohrungsdurchmessers (D) des Zylinders (2) beträgt.

12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Einlasskanal (31;32) - vorzugsweise beide Einlasskanäle (31, 32) - tumbleerzeugend ausgebildet ist/sind.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in das Feuerdeck (10) des Zylinderkopfes (1) auf der der Auslassseite (4) zugewandten Seite zumindest eines Einlassventilsitzes zumindest eine vorzugsweise asymmetrische Anfasung eingearbeitet ist.

14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Einlasskanal (31) und der zweite Einlasskanal (32) zumindest eines Zylinders (2) symmetrisch zu zumindest einer Motorquerebene (11, 111) ausgebildet sind.

15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (7a) der Einspritzeinrichtung (7) in einer die Zylinderachse (2a) beinhaltenden Motorquerebene (11) angeordnet ist.

16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auslasskanal (41, 42) an den ersten Kühlraum (81) und an den zweiten Kühlraum (82) grenzt, wobei der zweite Kühlraum (82) zumindest teilweise - vorzugsweise vollständig - an einer dem ersten Kühlraum (81) abgewandten Seite des Auslasskanals (41, 42) angeordnet ist.

17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlraum (81) im Bereich der Zündeinrichtung (6) mit dem zweiten Kühlraum (82) über zumindest einen - vorzugsweise auf der Auslassseite (4) und/oder der Einlassseite (3) angeordneten - Verbindungskanal (83) strömungsverbunden ist, wobei vorzugsweise der Verbindungskanal (83) ein gegossener Kanal ist.

18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, 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.

19. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderkopf (1) eine Injektorhülse (70) zur Aufnahme der Einspritzeinrichtung (7) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Injektorhülse (70) nass ausgeführt ist und direkt an die Kühlkammer (85) und/oder den zweiten Kühlraum (82) grenzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen