DE10013592B4

DE10013592B4 - Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung

Info

Publication number: DE10013592B4
Application number: DE10013592A
Authority: DE
Inventors: Van-Khanh Dipl.-Ing. Tran; Stephan Dipl.-Ing. Müller; Frank Ickinger; Michael Dipl.-Ing. Paul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2000-03-18
Filing date: 2000-03-18
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2020-03-19
Also published as: DE10013592A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) der Ottobauart mit Direkteinspritzung, umfassend einen durch einen Zylinderkopf (3) und einen Kolben (6) gebildeten Brennraum (7), in dem eine Einspritzdüse (15) und eine Zündkerze (10) wirksam sind, welche Einspritzdüse (15) von einer Bohrung (16) im Zylinderkopf umgeben ist, die eine Mündungsöffnung (24) im Brennraum (7) aufweist, wobei die Einspritzdüse (15) im spitzen Winkel (α) zu einer zwischen einem Zylindergehäuse (2) sowie dem Zylinderkopf (3) verlaufenden Gehäuseebene (4) angeordnet ist und benachbart der Mündungsöffnung (24) im Zylinderkopf (3) ein Kanal (25) eingeformt ist, der oberhalb einer im Kolben (6) eingebrachten Mulde (26) im Zylinderkopf verläuft, wobei der Kanal (25) und die Mulde (26) derart zusammenwirken, dass ein gezielter Drall im Brennraum (7) erzeugt wird, wobei der Kanal (25) in radialer Richtung des Kolbens (6) zwischen zwei Einlaßventilen (11) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) asymmetrisch zur Mündungsöffnung (24) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine bekannte Brennkraftmaschine, EP 0 249 699 A2 , der eingangs genannten Gattung weist eine in einer axialen Mittellängsebene eines Zylinders bzw. eines Kolbens angeordnete Einspritzdüse auf, mit der Kraftstoff in einen von einem Zylinderkopf und einem Kolben begrenzten Brennraum eingebracht wird. Eine Zündkerze, die im spitzen Winkel zur Einspritzdüse verläuft, ragt mit einer Elektrode sowohl in den Brennraum, wie auch in eine Mulde des Kolbens hinein.
Aus der US 4,522,173 geht eine vergleichbare Brennkraftmaschine hervor, bei der allerdings die Einspritzdüse im stumpfen Winkel zu einer Gehäuseebene verläuft, in der ein Zylindergehäuse und ein Zylinderkopf zusammengeführt sind. Eine Spitze der Einspritzdüse ragt in einen Brennraum und eine Mulde im Kolben hinein. Dabei durchdringt diese Spitze eine Mündungsöffnung einer Bohrung, in der ein vorderer Düsenbereich der Einspritzdüse ruht.
Aus der EP 879 942 A2 ist eine Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung bekannt, bei der im Brennraum am Zylinderkopf oberhalb einer Kolbenmulde eine Ausnehmung im Breich des einsgespritzten Kraftstoffstarhls positioniert ist. Darüberhinaus ist in der DE 198 60 183 A1 eine Brennkraftmaschine der Ottobauart mit Direkteinspritzung beschrieben, bei der Strömungsleitflächen am Zylinderkopf im Bereich der Einspritzdüsenmündung vorgesehen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, im Brennraum einer mit Direkteinspritzung betriebenen Brennkraftmaschine der Ottobauart solch Vorkehrungen zu treffen, daß die Gemischbildung bezüglich günstigerer Abgaswerte verbessert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß durch die Anordnung der Einspritzdüse, die durch Ausbildung des asymmetrischen Kanals benachbart der Mündungsöffnung und dessen Zusammenspiel mit der Mulde des Kolbens im Brennraum beim Betrieb der Brennkraftmaschine ein gezielter Drall erzeugt wird. Dieser Drall hat einen vortrefflichen Einfluß auf die Güte der Gemischbildung, dahingehend, daß die Rohemissionswerte deutlich abgesenkt werden. Dies ist bei direkteinspritzenden Otto-Brennkraftmaschine von besonderer Bedeutung, die im Vergleich zu Brennkraftmaschinen, die der Sauggattung angehören, aufgrund der mageren Verbrennung, und zwar prinzipbedingt ungünstigere Rohemissionswerte – insbesondere Kohlenwasserstoff (HC) – verursachen. Bei symmetrischem Verlauf des Kanals zur Mündungsöffnung hin, ist letztere in vorteilhafter Weise dem Luftstrom ausgesetzt, wodurch die Gemischaufbereitung optimiert und einer Verkokung der Spitze der Einspritzdüse entgegengewirkt wird.
Erstreckt sich der Kanal bis zur Mündungsöffnung, wird die Strömung gerichtet in die Mulde im Kolben umgelenkt, was dazu führt, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch in dieser Mulde verbleibt, wobei auch noch die Spitze der Einspritzdüse umströmt wird. Beide Maßnahmen führen einerseits zu einer deutlichen Reduktion der Rohemissionswerte und andererseits zur Verhinderung von Ablagerungen an der Spitze der Einspritzdüse. In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher beschrieben wird.
Es zeigen
1 einen Teilquerschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs und eines Zylinderkurbelgehäuses;
2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine nach 1;
3 einen Schnitt nach der III-III der 1 gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform;
4 eine Ansicht entsprechend 3 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;
5 eine Schrägansicht auf einen Brennraum im Zylinderkopf gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform.
Eine Brennkraftmaschine 1 der Ottobauart wird gebildet durch ein Zylindergehäuse 2 und einen Zylinderkopf 3, die in einer Gehäuseebene 4 zusammengesetzt sind. Die Gehäuseebene 4 verläuft senkrecht zu einer Längsmittelebene B-B eines Zylinders 5 bzw. eines Kolbens 6. Zwischen Zylinderkopf 3 und dem Kolben 6 ist ein Brennraum 7 vorgesehen. Der Brennraum 7 weist eine erste konkave Wandung 8 des Zylinderkopfs 7 und eine zweite konvexe Wandung 9 des Kolbens 6 auf, wobei beide Wandungen 8, 9 dachförmig ausgebildet sind. Eine Zündkerze 10 ist in einer Mittellängsebene C-C angeordnet, die mit geringem parallelem Abstand As I zur Längsmittelebene B-B des Kolbens 6 verläuft. Zur Gaswechselsteuerung im Brennraum 7 sind zwei Einlassventile 11 und zwei Auslaßventile 12 vorgesehen, die mit Einlasskanälen 13 bzw. Auslaßkanälen 14 zusammenarbeiten.
Die Brennkraftmaschine 1 arbeitet mit Direkteinspritzung, wofür eine Einspritzdüse 15 dient, die sich im spitzen Winkel α zur Gehäuseebene erstreckt und von einer Bohrung 16 im Zylinderkopf 3 umgeben ist. Die Bohrung 16 ist mit gestuften d. h. unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Bohrungsabschnitten 17, 18 und 19 versehen, in denen korrespondierende Zylinderabschnitte 20, 21 und 22 der Einspritzdüse gelagert sind.
Der Zylinderabschnitt 22 der Einspritzdüse 15 besitzt eine Düsenspitze 23, die gegenüber einer Mündungsöffnung 24 des Bohrungsabschnittes 19 mit geringem Abstand As II zurückversetzt ist. Über die Mündungsöffnung 24, die Zugang zum Brennraum 7 ermöglicht, wird Kraftstoff in besagten Brennraum eingebracht.
Benachbart der Mündungsöffnung 24 ist in die Wandung 8 ein Kanal 25 eingeformt, der oberhalb einer im Kolben eingebrachten Mulde 26 im Zylinderkopf 7 verläuft. Dabei wirken der Kanal 25 in der Weise zusammen, dass im Brennraum 7 ein gezielter Drall entsteht, was aus der mit Pfeilen dargestellten Funktion gemäß 2 hervorgeht. Der Kanal 2 verläuft in radialer Richtung des Kolbens 6 gesehen zwischen den Einlassventilen 11, und er ist symmetrisch zur Mündungsöffnung 24 ausgebildet. Unter symmetrischer Ausbildung ist gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform zu verstehen, dass der Kanal 25 im Querschnitt gesehen beiderseits einer das Zentrum Z der Mündungsöffnung 25 einschließenden, in Richtung Längsmittelebene B-B verlaufenden Mittelebenen D-D einen gleichmäßigen Kurvenverlauf 27 aufweist. Ebenfalls symmetrisch zur Mittelebene D-D angeordnet ist eine trogförmige Einformung 28 der Mulde 26 im Kolben 6.
Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform nach 4 ist der Kanal 25 asymmetrisch zur Mündungsöffnung 24 ausgeführt. Bei dieser Ausbildung ist ein Kurvenverlauf 29 des Kanals 26 im Querschnitt gesehen nach Art einer Klothoide gestaltet, und die Mündungsöffnung 24 erstreckt sich benachbart einer kleineren Krümmung 30 der Klothoide; eine größere Krümmung ist mit 31 bezeichnet. Schließlich ist in 5 eine nicht beanspruchte Ausführungsform dargestellt wie der Kanal 25 zumindest bereichsweise zwischen den beiden Einlaßventilen 11 ausgeführt ist. Die Mündungsöffnung 24 ist für dort wiedergegebene Konstruktion symmetrisch zum Kanal 25 angeordnet.

Claims

Brennkraftmaschine (1) der Ottobauart mit Direkteinspritzung, umfassend einen durch einen Zylinderkopf (3) und einen Kolben (6) gebildeten Brennraum (7), in dem eine Einspritzdüse (15) und eine Zündkerze (10) wirksam sind, welche Einspritzdüse (15) von einer Bohrung (16) im Zylinderkopf umgeben ist, die eine Mündungsöffnung (24) im Brennraum (7) aufweist, wobei die Einspritzdüse (15) im spitzen Winkel (α) zu einer zwischen einem Zylindergehäuse (2) sowie dem Zylinderkopf (3) verlaufenden Gehäuseebene (4) angeordnet ist und benachbart der Mündungsöffnung (24) im Zylinderkopf (3) ein Kanal (25) eingeformt ist, der oberhalb einer im Kolben (6) eingebrachten Mulde (26) im Zylinderkopf verläuft, wobei der Kanal (25) und die Mulde (26) derart zusammenwirken, dass ein gezielter Drall im Brennraum (7) erzeugt wird, wobei der Kanal (25) in radialer Richtung des Kolbens (6) zwischen zwei Einlaßventilen (11) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) asymmetrisch zur Mündungsöffnung (24) ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düsenspitze (23) der Einspritzdüse (15) gegenüber der Mündungsöffnung (24) in der Bohrung (16) zurückgesetzt (Abstand As II) ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (25) im Querschnitt gesehen einen Kurvenverlauf (29) aufweist, der nach Art einer Klothoide ausgeführt ist, wobei die Mündungsöffnung (24) benachbart der kleineren Krümmung (30) der Klothoide verläuft.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (26) im Querschnitt gesehen eine trogförmige Einformung (28) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einformung (28) symmetrisch zur Mündungsöffnung (24) ausgeführt ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (7) im Zylinderkopf (3) eine Dachform aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6) eine an die Dachform im Zylinderkopf (3) angepaßte Dachform aufweist.