AT528014B1

AT528014B1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT528014B1
Application number: ATA50011/2024A
Authority: AT
Inventors: Zurk Ing Andreas; Klampfer Ing Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2024-01-12
Filing date: 2024-01-12
Publication date: 2025-09-15
Also published as: AT527814B1; AT528014A4; AT527814A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Zylinderkopf (3) für mindestens einen Zylinder (2), welcher pro Zylinder (2) zumindest einen Injektor (13) zur direkten Einbringung eines Kraftstoffes in einen Brennraum (12) aufweist, wobei im Bereich einer Mündung (16) des Injektors (13) eine Strahlorientierungskappe (17) angeordnet ist. Um hohe Motorbremsleistungen zu ermöglichen und irreguläre Verbrennung zu vermeiden ist vorgesehen, dass die Strahlorientierungskappe (17) in eine den Injektor (13) aufnehmende Injektorhülse (14) integriert oder an der Injektorhülse (14) befestigt ist.

Description

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Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere wasserstoffbetriebene Brennkraftmaschine, mit einem Zylinderkopf für mindestens einen Zylinder, welcher pro Zylinder zumindest einen Injektor zur direkten Einbringung eines insbesondere gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum aufweist, wobei im Bereich einer Mündung des Injektors eine Strahlorientierungskappe angeordnet ist, wobei die Strahlorientierungskappe in eine den Injektor aufnehmende Injektorhülse integriert oder an der Injektorhülse befestigt ist.

[0002] Injektorhülsen werden für den Einbau von Injektoren durch kühlflüssigkeitsführende Bereiche im Zylinderkopf verwendet. Diese ermöglichen eine gezielte Kühlmittelführung sowie einen trockenen Bereich zur Aufnahme des Injektors. Je nach Einbaulage des Injektors kann es notwendig sein, unterschiedlich orientierte Ausströmöffnungen am Injektor vorzusehen. Diese gezielt orientierten Ausströmöffnungen werden üblicherweise durch sogenannte Strahlorientierungskappen bzw. Blaskappen, welche am Injektor angebracht sind, realisiert. Bei im Zylinderkopf angeordneten Injektoren zur Einblasung gasförmiger Medien in einen Brennraum ist es also üblich, Strahlorientierungskappen an den Injektoren vorzusehen, um eine spezifische Orientierung des Strahles des einzubringenden Mediums zu gewährleisten. Diese jeweils das Strahlbild des eingebrachten Kraftstoffes definierende Strahlorientierungskappen werden üblicherweise direkt an den Düsen der Injektoren befestigt und sind damit Bestandteil des Injektors. Zwischen der Strahlorientierungskappe und dem Zylinderkopf ist dabei jeweils ein Luftspalt ausgebildet. Daher sind die Strahlorientierungskappen vom Zylinderkopf entkoppelt und es findet somit keine Wärmeübergabe an den Zylinderkopf statt.

[0003] Die DE 10 2020 006 653 A1 beschreibt eine Injektorhülse für einen Injektor zum Einbringen von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Injektorhülse weist eine in den Brennraum mündende Durchströmöffnung zur Strahlformung auf. Die CN 110 513 225 A offenbart eine ähnliche Injektorhülse.

[0004] Die AT 515 143 B1 zeigt eine flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf mit Top-Down- Kühlung mit einem oberen Kühlmantel und einem unteren Kühlmantel, welche im Bereich einer zentralen nassen Injektorhülse über einen Kühlmittelüberströmkanal miteinander strömungsverbunden sind. Der obere Kühlmantel ist über einen Kühlmittelübertrittskanal mit einem Zylinderblockkühlraum im Zylinderblock strömungsverbunden.

[0005] Aus der WO 2023/052263 A1 ist eine Einspritzdüse für gasförmige Kraftstoffe für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei im Bereich der Düsenspitze der Einspritzdüse eine Düsenkappe auf die Einspritzdüse lösbar angeklippt ist.

[0006] Die WO 2023/137515 A1 beschreibt eine mit Wasserstoff betriebene Brennkraftmaschine mit einem Wasserstoff-Injektor zur direkten Einblasung von Wasserstoff in einen Zylinder. Der Injektor weist im Bereich eines distalen Endes eine Düsenkappe auf, welche über einen externen Schaft des Injektors gestülpt ist.

[0007] Die bekannten Injektoren für Direkteinspritzung/Einblasung von Wasserstoff haben gegenüber Dieselinjektoren den Nachteil eines relativ geringen Temperaturlimits für den Düsen/Ventilbereich des Injektors. Während dies im gefeuerten Betrieb durch die Kühlung durch den durchströmenden Kraftstoff kein Problem darstellt, treten im Motorbremsbetrieb relativ hohe Temperaturen im Brennraum und im Bereich der Düse des Injektors auf. Die Limitierung dieser Temperaturen wird hier durch die Injektor-Düsentemperatur definiert. Wenn diese Temperatur deutlich reduziert werden muss, bedeutet dies wiederum eine Reduktion der erzielbaren Bremsleistung.

[0008] Ein weiteres Thema in Kombination mit Kraftstoff H2 ist die Selbstzündung aufgrund von höheren lokalen Temperaturen im Brennraum. Hier ist es notwendig, sogenannte „Hotspots“ im Brennraum zu vermeiden. Einer dieser Hotspots ist die für H2 DI Motoren oft notwendige Blaskappe, die das Sprühbild des Kraftstoffes im Brennraum definiert.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, hohe Motorbremsleistungen zu ermöglichen und irreguläre 1712

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Verbrennung zu vermeiden.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zwischen der Strahlorientierungskappe und der Injektorhülse zumindest ein Dichtelement angeordnet ist.

[0011] Zum Unterschied zu den bekannten Anordnungen ist die Strahlorientierungskappe körperlich nicht mit dem Injektor, sondern mit der Injektorhülse des Injektors verbunden oder einteilig mit dieser ausgeführt. Die Wärme der Strahlorientierungskuppe kann damit direkt an die Injektorhülse abgeleitet werden, die in körperlichem Kontakt mit dem Zylinderkopf steht. Die Injektorhülse ist in zumindest einer Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes angeordnet und mit dem Zylinderkopf kraft- und/oder formschlüssig, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, eine Pressverbindung und/oder eine Klebeverbindung, verbunden.

[0012] Gemäß der Erfindung ist pro Zylinder zumindest ein Injektor zur direkten Einbringung eines insbesondere gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum vorgesehen, d.h. die Brennkraftmaschine wird insbesondere mit einem gasförmigen Kraftstoff - beispielsweise Wasserstoff - betrieben. Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn der zumindest eine Injektor pro Zylinder zur Einbringung eines flüssigen Kraftstoffes ausgebildet ist, sodass die Brennkraftmaschine vorteilhaft mit flüssigem Kraftstoff betrieben wird.

[0013] Vorzugsweise bilden die Strahlorientierungskappe und die Injektorhülse eine mehrteilige Montageeinheit oder eine einteilig ausgeführte Hülseneinheit. Bei zweiteiliger Ausführung kann die Strahlorientierungskappe günstigerweise an der Injektorhülse vormontiert werden und gemeinsam mit der Injektorhülse in zumindest eine Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes eingesetzt werden.

[0014] Strahlorientierungskappe und Injektorhülse können durch separate Teile gebildet sein. In diesem Fall besteht die Montageeinheit also aus zwei Teilen. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Strahlorientierungskappe integral mit der Injektorhülse auszubilden und die Montageeinheit somit einteilig auszubilden. Die Strahlorientierungskappe ist somit Teil der Injektorhülse.

[0015] Die Strahlorientierungskappe kann dabei ein- oder mehrere Strahlöffnungen aufweisen. Die Strahlöffnungen können symmetrisch oder asymmetrisch in der Strahlorientierungskappe angeordnet werden.

[0016] Um die Wärmeableitung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Strahlorientierungskappe direkt an zumindest einen - vorzugsweise ersten - Kühlraum grenzt und von Kühlmittel zumindest benetzt, vorzugsweise umströmt ist. Die Strahlorientierungskappe wird somit direkt durch das Kühlmittel gekühlt.

[0017] Günstigerweise ist die Injektorhülse als nasse Hülse ausgebildet und grenzt ebenso direkt an zumindest einen - vorzugsweise zweiten - Kühlraum grenzt und wird von Kühlmittel zumindest benetzt, vorzugsweise umströmt.

[0018] Bei einer Brennkraftmaschine mit sogenannter Top-Down-Kühlkonzept weist der Zylinderkopf zumindest einen an ein Feuerdeck grenzenden unteren Kühlraum und zumindest einen vom Feuerdeck beabstandeten oberen Kühlraum auf, wobei der untere Kühlraum und der obere Kühlraum durch ein Zwischendeck voneinander getrennt sind. Der obere Kühlraum und der untere Kühlraum sind über zumindest einen Übertritt - beispielsweise im Bereich einer zentralen Zündkerzenhülse miteinander strömungsverbunden. Als Top-Down-Kühlkonzept wird eine Kühlung des Zylinderkopfes bezeichnet, bei der der Zylinderkopf von oben nach unten von Kühlmittel durchströmt wird. Es werden also der obere Kühlraum und der untere Kühlraum vom Kühlmittel nacheinander durchströmt. Die Begriffe unterer Kühlraum und oberer Kühlraum dienen hier nur zur Unterscheidung und sind nicht als geodätische Angaben zu verstehen.

[0019] In einer Ausführungsvariante der Erfindung - insbesondere bei einer Brennkraftmaschine mit Top-Down-Kühlkonzept - ist dabei vorgesehen, dass eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme der Injektorhülse und/oder der Strahlorientierungskappe zumindest teilweise im Zwischendeck angeordnet ist, wobei im Bereich der Aufnahmebohrung zumindest ein Überströmkanal zwischen

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dem oberen Kühlraum und dem unteren Kühlraum ausgebildet ist, wobei vorzugsweise mehrere zweite Überströmkanäle rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Injektorlängsachse des Injektors angeordnet sind. Dies ermöglicht es die Kühlung der Injektorhülse und der Strahlorientierungskappe an die Erfordernisse anzupassen und zu optimieren.

[0020] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlorientierungskappe eine Anzahl an um den Umfang gleichmäßig verteilte Radialrippen aufweist, wobei die zweiten Überströmkanäle durch Längskanäle mit radial nach außen offenem Querschnitt zwischen jeweils zwei benachbarte Radialrippen gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Überströmkanal durch einen Längskanal mit geschlossenem Querschnitt in der Strahlorientierungskappe gebildet ist.

[0021] Vorzugsweise ist zumindest ein Überströmkanal durch einen Ringspalt zwischen der Strahlorientierungskappe und dem Zwischendeck gebildet.

[0022] In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Kühlraum - vorzugsweise der obere Kühlraum über einen Kühlmittelübertrittskanal im Feuerdeck mit einem Zylinderblockkühlraum im Zylinderblock strömungsverbunden ist, wobei ein vom Kühlmittelübertrittskanal abzweigender Bypasskanal direkt zur Strahlorientierungskappe führt.

[0023] Um eine gasdichte Abdichtung zwischen der Strahlorientierungskappe und der Injektorhülse zu gewährleisten ist es vorteilhaft, wenn die Strahlorientierungskappe im Bereich einer äußBeren Mantelfläche zumindest eine erste Ringnut zur Aufnahme des zumindest einen - vorzugsweise als O-Ring ausgebildeten - Dichtelementes aufweist. Der O-Ring liegt dabei in der ersten Ringnut der äußeren Mantelfläche und wird gegen eine innere Mantelfläche der Injektorhülse gepresst. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die innere Mantelfläche im Bereich des Dichtelementes eine zweite Ringnut aufweist. Das beispielsweise elastische Dichtelement kommt beim Aufschieben der Strahlorientierungskappe auf der Injektorhülse in der zweiten Ringnut zu liegen und bewirkt damit eine axiale Positionierung und Fixierung der Strahlorientierungskappe. Die Injektorhülse wird auf das Dichtelement aufgepresst. Durch das Dichtelement wird die Strahlorientierungskappe gehalten.

[0024] Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Injektor einen ersten Hülsenteil und einen zweiten Hülsenteil aufweist, wobei zwischen dem ersten Hülsenteil und dem zweiten Hülsenteil der Injektorhülse zumindest ein Dichtelement angeordnet ist, und wobei vorzugsweise der erste Hülsenteil im Bereich einer äußeren Mantelfläche zumindest eine erste Ringnut zur Aufnahme des zumindest einen - vorzugsweise als O-Ring ausgebildeten - Dichtelementes aufweist. Der O-Ring liegt dabei in der ersten Ringnut der äußeren Mantelfläche des ersten Hülsenteils und wird gegen eine innere Mantelfläche des zweiten Hülsenteils gepresst. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die innere Mantelfläche im Bereich des Dichtelementes eine zweite Ringnut aufweist. Das beispielsweise elastische Dichtelement kommt beim Aufschieben des ersten Hülsenteils in den zweiten Hülsenteil der Injektorhülse in der zweiten Ringnut zu liegen und bewirkt damit eine axiale Positionierung und Fixierung der beiden Hülsenteile. Der zweite Hülsenteil wird auf das Dichtelement aufgepresst. Durch das Dichtelement werden die beiden Injektorteile zusammengehalten.

[0025] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlorientierungskappe einen - vorzugsweise konischen - ringförmigen Absatz aufweist, wobei der Absatz auf einer mit dem Absatz korrespondierenden ringförmigen Auflagefläche des Zylinderkopfes vorzugsweise gasdicht - aufliegt. Alternativ zu einer konischen Auflagefläche kann die Auflagefläche auch als plane Axialfläche normal auf die Injektorlängsachse ausgebildet sein. Die Strahlorientierungskappe wird durch die Injektorhülse gegen die Auflagefläche des Zylinderkopfes gedrückt und ist somit in axialer Richtung durch diese fixiert. Absatz und Auflagefläche sind aufeinandergepresst und gasdicht verbunden, sodass vagabundierende Leckageströmungen zwischen Strahlorientierungskappe und Zylinderkopf vermieden werden.

[0026] Weiters ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Strahlorientierungskappe über ein - vorzugsweise durch einen Stift gebildetes - Positionierelement an der Injektorhülse lagerich-

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tig positioniert ist. Über das Positionierelement wird die Drehlage der Strahlorientierungskappe definiert. Das Positionierelement greift dabei formschlüssig in einer Ausnehmung der Strahlorientierungskappe und/oder der Injektorhülse ein. Das Positionierelement kann als separater Teil oder einstückig mit der Strahlorientierungskappe oder der Injektorhülse ausgebildet sein.

[0027] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele, welche in den folgenden Figuren gezeigt sind, näher erläutert. Darin zeigen schematisch

[0028] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,

[0029] Fig. 2 einen Zylinderkopf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante in einer Schnittdarstellung,

[0030] Fig. 3 einen Zylinderkopf der erfindungsgemäß en Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Schnittdarstellung,

[0031] Fig. 4 einen Zylinderkopf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer dritten Ausführungsvariante in einer Schnittdarstellung,

[0032] Fig. 5 einen Zylinderkopf der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer vierten Ausführungsvariante in einer Schnittdarstellung,

[0033] Fig. 6 einen Injektor in einer weiteren Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in den Fig. 2 bis 5 und

[0034] Fig. 7 einen Injektor in einer alternativen Ausführungsvariante in einem Schnitte analog zu Fig. 6.

[0035] Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße flüssigkeitsgekühlte Wasserstoff-Brennkraftmaschine 1 für zumindest einen Zylinder 2, mit einem Zylinderkopf 3, welcher mit einem Zylinderblock 4 fest verbunden ist. Mit Bezugszeichen 2b ist ein im Zylinder 2 hin- und hergehender Kolben angedeutet.

[0036] Der dargestellte Zylinderkopf 3 weist eine zentral im Bereich der Zylinderachse 2a angeordnete Zündkerze 5 auf, welche in einer Zündkerzenhülse 6 angeordnet ist. Der Zylinderkopf 3 weist einen dem Feuerdeck 7 benachbarten unteren Kühlraum 8 und einen oberen Kühlraum 9 auf, der vom unteren Kühlraum 8 durch ein Zwischendeck 10 getrennt ist. Der Zylinderkopf 3 wird nach einem sogenannten Top-Down-Kühlkonzept gekühlt. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel beispielsweise aus dem Zylinderblock 4 - zuerst dem oberen Kühlraum 9 zugeführt wird und über zumindest einen Übertritt 26 im Zwischendeck 10 - beispielsweise im Bereich der Zündkerzenhülse 6 - in den unteren Kühlraum 8 strömt, wie durch die Pfeile P angedeutet ist.

[0037] Der Zylinderkopf 3 weist pro Zylinder 2 zumindest einen Injektor 13 zur direkten Einbringung von Kraftstoff in einen Brennraum 12 des Zylinders 2 auf.

[0038] Bei den beschriebenen Ausführungsvarianten ist der Injektor 13 zur Gaseinblasung von Wasserstoff in den Brennraum 12 ausgebildet. Die Erfindung eignet sich aber gleichermaßen auch für Injektoren 13 zur Einspritzung von Flüssigkraftstoff.

[0039] Mit 13a ist die Injektorlängsachse des Injektors 13 bezeichnet, welche beispielsweise unter einem Winkel zwischen 30° und 60° in Bezug auf die Zylinderkopfebene & geneigt ist. Der Injektor 13 ist in einer im Zylinderkopf 3 befestigten Injektorhülse 14 angeordnet. Die Injektorhülse 14 ist in eine Aufnahmebohrung 15 des Zylinderkopfes 3 eingesetzt und mit dem Zylinderkopf 3 kraft- und/oder formschlüssig, beispielsweise durch eine Schraubverbindung, eine Pressverbindung und/oder Klebeverbindung verbunden. Zur Abdichtung kann zumindest eine Dichtung 28 zwischen Injektorhülse 14 und Zylinderkopf 3 vorgesehen sein (Fig. 2, 3).

[0040] Im Bereich der Mündung 16 des Injektors 13 in den Brennraum 12 ist eine Strahlorientierungskappe 17 angeordnet. Die Strahlorientierungskappe 17 des Injektors 13 weist eine oder mehrere Ausströmöffnungen 27 und dient dazu, um eine spezifische Orientierung des Gaseinblasestrahles des eingeblasenen Gases zu gewährleisten. Die Strahlorientierungskappe 17 definiert das Strahlbild S des in den Brennraum 12 eingebrachten Kraftstoffes.

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[0041] In jeder der in den Figuren dargestellten Ausführungsvarianten ist die Strahlorientierungskappe 17 in die den Injektor 13 aufnehmende Injektorhülse 14 integriert oder an der Injektorhülse 14 befestigt.

[0042] Die Strahlorientierungskappe 17 und die Injektorhülse 14 können beispielsweise eine Montageeinheit bilden. In diesem Falle wird die Strahlorientierungskappe 17 an der Injektorhülse 14 vormontiert und gemeinsam mit der Injektorhülse 14 in die Aufnahmebohrung 15 des Zylinderkopfes 3 eingesetzt.

[0043] Die Strahlorientierungskappe 17 grenzt direkt an den unteren Kühlraum und wird von Kühlmittel umströmt.

[0044] Die Injektorhülse 14 ist als nasse Hülse ausgebildet und grenzt ebenfalls an den oberen Kühlraum 9 und wird ebenfalls von Kühlmittel umströmt.

[0045] Die Aufnahmebohrung 15 zur Aufnahme der Injektorhülse 14 und der Strahlorientierungskappe 17 ist zumindest teilweise im Zwischendeck 10 angeordnet. Im Bereich der Aufnahmebohrung 15 ist zumindest ein Überströmkanal 11 zwischen dem oberen Kühlraum 9 und dem unteren Kühlraum 8 ausgebildet, um die Kühlmittelströmung P zwischen dem oberen Kühlraum 9 und den unteren Kühlraum 8 zu ermöglichen. Die Überströmkanäle 11 sind beispielsweise rotationssymmetrisch in Bezug auf die Injektorlängsachse 13a des Injektors 13, insbesondere in der Strahlorientierungskappe 17, angeordnet (siehe Fig. 5 und 6). Es sind aber auch andere Formen oder Anordnungen der Überströmkanäle 11 möglich.

[0046] In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung ist der obere Kühlraum 9 über einen Kühlmittelübertrittskanal 24 im Feuerdeck 7 mit einem nicht weiter ersichtlichen Zylinderblockkühlraum im Zylinderblock 4 strömungsverbunden, wobei ein vom Kühlmittelübertrittskanal 24 abzweigender Bypasskanal 25 direkt zur Strahlorientierungskappe 17 führt. Somit wird die Strahlorientierungskappe 17 direkt von relativ kühlem Kühlmittel gekühlt, welches vom Kühlmittelübertrittskanal 24 noch vor dem Erreichen des oberen Kühlraum 9 abgezweigt wird.

[0047] In Fig. 3 dagegen erfolgt die Kühlung der Strahlorientierungskappe 17 im Wesentlichen durch das vom oberen Kühlraum 9 in den unteren Kühlraum 8 übertretende Uberströmkanal 11.

[0048] Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich weiters von Fig. 2 dadurch, dass die Strahlorientierungskappe 17 über ein Positionierelement 18 im Zylinderkopf 3 lagerichtig positioniert ist. Das Positionierelement 18 kann beispielsweise durch einen zwischen der Strahlorientierungskappe 17 und dem Zylinderkopf 3 angeordneten Stift gebildet sein. Ein Positionierelement 18 ist insbesondere bei Ausführungsvarianten der Erfindung vorteilhaft, bei denen die Ausströmöffnungen 27 nicht konzentrisch in Bezug auf die Injektorlängsachse 13a ausgeführt sind.

[0049] Die Strahlorientierungskappe 17 und/oder die Injektorhülse 14 kann/können einteilig oder zweiteilig ausgeführt werden.

[0050] Bei den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungen ist die Strahlorientierungskappe 17 einteilig, aber separat zur Injektorhülse 14 ausgebildet.

[0051] Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsvarianten, bei denen die Strahlorientierungskappe 17 separat zur Injektorhülse 14 ausgebildet ist, ist zwischen der Strahlorientierungskappe 17 und der Injektorhülse 14 zumindest ein Dichtelement 19 angeordnet. Das Dichtelement 19 kann beispielsweise ein O-Ring sein. Die Strahlorientierungskappe 17 weist im Bereich einer äußeren Mantelfläche eine erste Ringnut 20 zur Aufnahme des Dichtelementes 19 auf. Weiters kann eine zweite Ringnut 21 in einer inneren Mantelfläche 14a der Injektorhülse 14 im Bereich des Dichtelementes 19 zur Aufnahme des Dichtelementes 19 vorgesehen sein (siehe Fig. 4). Damit wird eine axiale Position der Strahlorientierungskappe 17 auf der Injektorhülse 14 definiert und die Strahlorientierungskappe 17 auf der Injektorhülse 14 gesichert.

[0052] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Injektorhülse 14 einen ersten Hülsenteil 14a und einen zweiten Hülsenteil 14b aufweist, wobei der erste Hülsenteil 14a

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in den zweiten Hülsenteil 14b lösbar eingesteckt und über ein beispielsweise als O-Ringdichtung ausgebildete Dichtelement 19a dichtend mit diesem verbunden ist. Der erste Hülsenteil 14a ist über eine zylindrische Aufnahmefläche 15a und/oder eine Auflagefläche 23 dicht mit dem Feuerdeck 7 des Zylinderkopfes 3 verbunden. Die Strahlorientierungskappe 17 weist zumindest eine in den Brennraum 12 gerichtete Ausströmöffnung 27 auf. Der erste Hülsenteil 14a besteht aus wärmeleitfähigem Material und dient als Auflage und Abdichtung für den Injektor 14. Die Strahlorientierungskappe 17 kann mit dem ersten Hülsenteil 14a durch eine Pressverbindung, durch eine Klebeverbindung, eine Schraubverbindung, Schweißverbindung oder ähnliches verbunden sein.

[0053] Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Strahlorientierungskappe 17 einteilig mit der Injektorhülse 14 ausgebildet ist und eine Hülseneinheit E bildet.

[0054] In allen gezeigten Ausführungsvarianten weist die Strahlorientierungskappe 17 einen konischen ringförmigen Absatz 22 auf. Der Absatz 22 liegt auf der mit dem Absatz 22 korrespondierenden ringförmigen Auflagefläche 23 des Zylinderkopfes 3 gasdicht auf, um eine brennraumseitige Abdichtung zu ermöglichen.

[0055] In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist die Auflagefläche 23 nicht konisch, sondern als plane Axialfläche normal auf die Injektorlängsachse 13a ausgebildet.

[0056] An die Auflagefläche 23 axial in Richtung der Zylinderkopfebene & anschließend ist ein durch die Strahlorientierungskappe 17 oder die Injektorhülse 14 gebildeter zylindrischer Bereich 29 vorgesehen, welcher in Bezug auf die zylindrische Aufnahmefläche 15a des Zylinderkopfes 3 als Presssitz oder Übergangspassung ausgebildet ist (Fig. 4, 5). Dies ermöglicht eine zusätzliche Abdichtung und einen verbesserten Wärmeübergang.

[0057] Die Fig. 6 und 7 zeigen Querschnitte von Injektoren 14 in zwei verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten, wobei Überströmkanäle 11 zwischen dem oberen Kühlraum 9 und dem unteren Kühlraum 8 zumindest teilweise durch einen Kanalkörper K geformt werden, welcher durch die Strahlorientierungskappe 17 (siehe Fig. 2, 3), durch den ersten Hülsenteil 14a der Injektorhülse 14 (siehe Fig. 4) oder durch die Hülseneinheit E aus Injektorhülse 14 und Strahlorientierungskappe 17 (Fig. 5) gebildet ist.

[0058] Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsvarianten weist der durch die Strahlorientierungskappe 17 oder den ersten Hülsenteil 14a der Injektorhülse 14 oder die Hülseneinheit E gebildete Kanalkörper K eine Anzahl an um den Umfang gleichmäßig verteilte Radialrippen 30 auf, wobei die Überströmkanäle 11 durch Längskanäle mit radial nach außen offenem Querschnitt zwischen jeweils zwei benachbarte Radialrippen 30 gebildet sind. Durch die Radialrippen 30 wird die wasserbenetzte Oberfläche vergrößert und die Kühlung verbessert.

[0059] Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die zweiten Überströmkanäle 11 durch Längskanäle mit geschlossenem Querschnitt in dem Kanalkörper K gebildet sind.

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Patentansprüche

1. Brennkraftmaschine (1), insbesondere wasserstoffbetriebene Brennkraftmaschine (1), mit einem Zylinderkopf (3) für mindestens einen Zylinder (2), welcher pro Zylinder (2) zumindest einen Injektor (13) zur direkten Einbringung eines insbesondere gasförmigen Kraftstoffes in einen Brennraum (12) aufweist, wobei im Bereich einer Mündung (16) des Injektors (13) eine Strahlorientierungskappe (17) angeordnet ist, wobei die Strahlorientierungskappe (17) in eine den Injektor (13) aufnehmende Injektorhülse (14) integriert oder an der Injektorhülse (14) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlorientierungskappe (17) und der Injektorhülse (14) zumindest ein Dichtelement (19, 19a) angeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) und die Injektorhülse (14) eine mehrteilige Montageeinheit oder eine einteilige Hülseneinheit (E), bilden.

3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) zumindest einen an ein Feuerdeck (7) grenzenden unteren Kühlraum (8) und zumindest einen vom Feuerdeck (7) beabstandeten oberer Kühlraum (9) aufweist, wobei der obere Kühlraum (9) und der untere Kühlraum (8) durch ein Zwischendeck (10) voneinander getrennt sind.

4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) direkt an zumindest einen - vorzugsweise unteren - Kühlraum (8) grenzt und von Kühlmittel benetzt, vorzugsweise umströmt ist.

5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorhülse (14) als nasse Hülse ausgebildet ist und direkt an zumindest einen - vorzugsweise oberen - Kühlraum (9) grenzt und von Kühlmittel benetzt, vorzugsweise umströmt ist.

6. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlraum - vorzugsweise der obere Kühlraum (9) über einen Kühlmittelübertrittskanal (24) im Feuerdeck (7) mit einem Zylinderblockkühlraum im Zylinderblock (4) strömungsverbunden ist, wobei ein vom Kühlmittelübertrittskanal (24) abzweigender Bypasskanal (25) direkt zur Strahlorientierungskappe (17) führt.

7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahmebohrung (15) zur Aufnahme der Injektorhülse (14) und/oder der Strahlorientierungskappe (17) zumindest teilweise im Zwischendeck (10) angeordnet ist, wobei im Bereich der Aufnahmebohrung (15) zumindest ein Überströmkanal (11) zwischen dem oberen Kühlraum (9) und dem unteren Kühlraum (8) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise mehrere Überströmkanäle (11) rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Injektorlängsachse (13a) des Injektors (13) angeordnet sind.

8. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) - oder die Injektorhülse (14) - eine Anzahl an um den Umfang gleichmäßig verteilte Radialrippen (30) aufweist, wobei die Überströmkanäle (11) durch Längskanäle mit radial nach außen offenem Querschnitt zwischen jeweils zwei benachbarte Radialrippen (30) gebildet sind.

9. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Überströmkanal (11) durch einen Längskanal mit geschlossenem Querschnitt in der Strahlorientierungskappe (17) - oder in der Injektorhülse (14) - gebildet ist.

10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Überströmkanal (11) durch einen Ringspalt zwischen dem Zwischendeck (10) und der Strahlorientierungskappe (17) oder zwischen dem Zwischendeck (10) und der Injektorhülse (14) gebildet ist.

11. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Hülsenteil (14a) und einem zweiten Hülsenteil (14b) zumindest

ein Dichtelement (19, 19a) angeordnet ist.

12. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) und/oder der erste Hülsenteil (14a) im Bereich einer äußeren Mantelfläche zumindest eine erste Ringnut (20, 20a) zur teilweisen Aufnahme des zumindest einen vorzugsweise als O-Ring ausgebildeten - Dichtelementes (19, 19a) aufweist.

13. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Mantelfläche der Injektorhülse (14) im Bereich des Dichtelementes (19) eine zweite Ringnut (21) zur teilweisen Aufnahme des Dichtelementes (19) aufweist.

14. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Mantelfläche des zweiten Hülsenteils (14b) im Bereich des Dichtelementes (19a) eine zweite Ringnut (21a) zur teilweisen Aufnahme des ersten Hülsenteils (14a) aufweist.

15. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) oder die Injektorhülse (14) einen - vorzugsweise konischen - ringförmigen Absatz (22) aufweist, wobei der Absatz (22) auf einer mit dem Absatz (22) korrespondierenden ringförmigen Auflagefläche (23) des Zylinderkopfes (3) - vorzugsweise gasdicht - aufliegt.

16. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorhülse (14) mit dem Zylinderkopf (3) kraft- und/oder formschlüssig, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung, eine Pressverbindung und/oder Klebeverbindung, verbunden ist.

17. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlorientierungskappe (17) über ein - vorzugsweise durch einen Stift gebildetes Positionierelement (18) im Zylinderkopf (3) lagerichtig positioniert ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen