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Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinder, in welchem durch einen Kolbenboden eines Kolbens, einem Zylinderrohr und einem Zylinderkopf ein Brennraum ausgebildet ist,
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens angeordneten Zündeinrichtung zur Einleitung der Fremdzündung, und
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens und beabstandet zur Zündeinrichtung angeordneten Einspritzdüse zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders, wobei am freien, in den Brennraum hineinragenden Ende der Einspritzdüse mindestens drei Düsenöffnungen zur Zuführung des Kraftstoffes vorgesehen sind, die ringförmig d. h. auf einem gedachten Ring und regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 102 36 622 A1 offenbart eine derartige Brennkraftmaschine, insbesondere eine Einspritzdüse mit den vorstehenden Merkmalen.
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Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren und die Schadstoffemissionen zu reduzieren.
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Problematisch ist der Kraftstoffverbrauch insbesondere bei Ottomotoren. Der Grund hierfür liegt im prinzipiellen Arbeitsverfahren des traditionellen Ottomotors. Der traditionelle Ottomotor arbeitet mit einem homogenen Brennstoff-Luft-Gemisch, wobei die Einstellung der gewünschten Leistung durch Veränderung der Füllung des Brennraumes erfolgt d. h. mittels einer Quantitätsregelung. Durch Verstellen einer im Ansaugtrakt vorgesehenen Drosselklappe kann der Druck der angesaugten Luft stromabwärts der Drosselklappe mehr oder weniger stark reduziert werden. Bei konstantem Brennraumvolumen kann auf diese Weise über den Druck der angesaugten Luft die Luftmasse d. h. die Quantität eingestellt werden. Die Quantitätsregelung mittels Drosselklappe hat aber aufgrund der Drosselverluste im Teillastbereich thermodynamische Nachteile.
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Ein Lösungsansatz zur Entdrosselung des ottomotorischen Arbeitsverfahrens besteht in der Entwicklung hybrider Brennverfahren und basiert auf der Übernahme technischer Merkmale des traditionellen dieselmotorischen Verfahrens, das charakterisiert ist durch eine Luftverdichtung, ein inhomogenes Gemisch, eine Selbstzündung und die Qualitätsregelung. Der geringe Kraftstoffverbrauch der Dieselmotoren resultiert unter anderem aus der Qualitätsregelung, bei der die Last über die eingespritzte Kraftstoffmenge gesteuert wird.
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Die Einspritzung von Kraftstoff direkt in den Brennraum des Zylinders wird daher als eine geeignete Maßnahme angesehen, den Kraftstoffverbrauch auch bei Ottomotoren spürbar zu reduzieren. Die Entdrosselung der Brennkraftmaschine wird vorliegend dadurch vorangetrieben, daß in gewissen Grenzen eine Qualitätsregelung zum Einsatz kommt. Eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine ist auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Mit der direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum läßt sich insbesondere eine geschichtete Brennraumladung realisieren, die wesentlich zur Entdrosselung des ottomotorisches Arbeitsverfahren beitragen kann, da die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Schichtladebetriebs sehr weit abgemagert werden kann, was insbesondere im Teillastbetrieb d. h. im unteren und mittleren Lastbereich, wenn nur geringe Kraftstoffmengen einzuspritzen sind, thermodynamische Vorteile bietet.
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Die Schichtladung ist durch eine sehr inhomogene Brennraumladung gekennzeichnet, welche nicht durch ein einheitliches Luftverhältnis charakterisierbar ist, sondern sowohl magere (λ > 1) Gemischteile als auch fette (λ < 1) Gemischteile aufweist, wobei im Bereich der Zündeinrichtung ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch mit vergleichsweise hoher Kraftstoffkonzentration vorliegt.
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Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht vergleichsweise wenig Zeit zur Verfügung.
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Da durch die Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum nur wenig Zeit zur Aufbereitung eines zünd- und brennfähigen Kraftstoff Luft-Gemisches zur Verfügung steht, sind direkteinspritzende ottomotorische Verfahren wesentlich empfindlicher gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Gemischbildung, insbesondere bei der Einspritzung, und der Zündung als herkömmliche ottomotorische Verfahren. Dabei erschwert die Inhomogenität des Gemisches bei direkteinspritzenden Ottomotoren grundsätzlich eine sichere und definierte Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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Aus diesem Grund ist eine sehr präzise – sowohl räumliche als auch zeitliche – Abstimmung von Einspritzung und Zündung erforderlich, insbesondere eine aufeinander abgestimmte Anordnung der Einspritzdüse und der Zündeinrichtung im Brennraum, was schon aufgrund des sehr begrenzten Platzangebots im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine nur bedingt möglich ist.
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Im Wesentlichen können drei Verfahren, die beim direkteinspritzenden Ottomotor zur Gemischbildung und Verbrennung Verwendung finden, unterschieden werden.
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Beim luftgeführten Brennverfahren wird versucht, die Gemischbildung mittels einer der Einlaßströmung beim Ansaugen der Luft im den Brennraum aufgezwungenen Bewegung zu beeinflussen. Auf diese Weise soll im Vollastbetrieb eine gute Durchmischung der angesaugten Luft mit dem eingespritzten Kraftstoff erzielt werden, wobei ein direktes Auftreffen des eingespritzten Kraftstoffes auf die Innenwände des Brennraums durch die erzeugte Ladungsbewegung bzw. Strömung verhindert werden soll. Hingegen soll die ausgebildete Luftströmung den eingespritzten Kraftstoff in die Nähe der Zündeinrichtung transportieren und dort für ein zündfähiges Gemisch sorgen.
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Zur Ausbildung einer geschichteten Brennraumladung im Teillastbetrieb ist das luftgeführte Verfahren nur bedingt geeignet, da die ausgebildeten Luftströmungen nur schwer zu steuern sind und in hohem Maße von der Motorendrehzahl beeinflußt werden.
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Beim wandgeführten Verfahren wird der Kraftstoff in der Art in den Brennraum eingespritzt, daß der Einspritzstrahl gezielt auf eine den Brennraum begrenzende Wand gerichtet wird, vorzugsweise in eine am Kolbenboden vorgesehene Mulde. Der Kraftstoffstrahl soll dabei durch den Aufprall in mehrere Teilstrahlen aufgespalten und umgelenkt werden, so daß ein möglichst großer Bereich des Brennraums von den Kraftstoffstrahlen erfaßt wird. Insbesondere muß ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes in die Nähe der Zündeinrichtung gelenkt werden, um dort mit der angesaugten Luft ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch auszubilden.
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Bedingt durch das dem wandgeführten Verfahren zugrunde liegende Prinzip der Gemischbildung ist dieses Verfahren zur Ausbildung einer Schichtladung eher ungeeignet.
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Beim strahlgeführten Verfahren wird der Kraftstoff gezielt in Richtung Zündeinrichtung eingespritzt, was durch eine entsprechende Ausrichtung der Einspritzstrahlen und eine entsprechend abgestimmte Anordnung von Einspritzdüse und Zündeinrichtung erreicht wird, beispielsweise durch eine Anordnung der Zündeinrichtung in unmittelbarer Nähe zur Einspritzdüse.
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Eine derartige Anordnung zeigen beispielsweise die
WO 2006/048134 A1 und die
EP 1 319 822 A1 , in denen jeweils eine Brennkraftmaschine beschrieben wird, der ein strahlgeführtes Brennverfahren zugrunde liegt, wobei sowohl die Zündeinrichtung als auch die Einspritzeinrichtung zentral im Zylinderkopf auf der dem Kolbenboden gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
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Der Transport und die Verteilung des Kraftstoffes erfolgen im Wesentlichen durch den Impuls des Einspritzstrahls, so daß die Gemischbildung unabhängig von der Brennraumgeometrie ist, was einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem wandgeführten Verfahren darstellt.
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Aus den genannten Gründen wird das strahlgeführte Verfahren für den geschichteten Betrieb der Brennkraftmaschine als besonders geeignet angesehen, weil durch die gezielte Einspritzung des Kraftstoffes in Richtung der Zündeinrichtung und die Anordnung von Einspritzdüse und Zündeinrichtung in unmittelbarer Nähe zueinander einerseits ein zündfähiges Gemisch in einem eng begrenzten Bereich um die Zündeinrichtung herum ausgebildet werden kann, andererseits aber in weiten Bereichen des Brennraums eine geringe Kraftstoffkonzentration vorliegt. Dies ermöglicht eine extreme Abmagerung bzw. einen sehr mageren Betrieb des Ottomotors und damit eine weitgehende Entdrosselung der Brennkraftmaschine.
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Jedoch ist das strahlgeführte Verfahren – wie alle direkteinspritzenden Verfahren – besonders empfindlich gegenüber Änderungen und Abweichungen bei der Einspritzung und der Zündung. Prinzipbedingt reagiert es auch empfindlich auf Abweichungen bei der Anordnung von Zündeinrichtung und Einspritzdüse zueinander d. h. bei Abweichungen von einer vorgegebenen Einbaulage. Um eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten, muß die Anordnung von Einspritzdüse und Zündeinrichtung exakt aufeinander abgestimmt und dann auch tatsächlich bei der Montage realisiert werden.
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Fertigungs- bzw. Montagetoleranzen, welche die Qualität des strahlgeführten Verfahrens maßgeblich beeinflussen, sind insbesondere Lagetoleranzen der Einspritzdüse in Bezug auf die Zündeinrichtung. Untersuchungen haben gezeigt, daß zwei Faktoren einen besonders großen Einfluß auf die vorgegebene Anordnung und damit auf das Verfahren haben.
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Sowohl eine Verschiebung der Einspritzdüse entlang ihrer Längsachse als auch eine Drehung der Einspritzdüse um ihre Längsachse herum führen zu spürbaren Lageveränderungen der Einspritzstrahlen im Bereich der Zündeinrichtung d. h. im Bereich des Zündfunkens.
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Hieraus resultieren in der Regel Drehungleichförmigkeiten d. h. Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine, aber auch Fehlzündungen wie Klopfen bzw. Zündaussetzer, die den Einsatzbereich des strahlgeführten Brennverfahrens auf bestimmte Drehzahl- und Lastbereiche der Brennkraftmaschine begrenzen können.
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Für eine sichere Entzündung müssen die maßgeblichen Komponenten d. h. die Düsenöffnungen der Einspritzdüse und beispielsweise die Elektroden einer Zündkerze eine definierte unveränderliche Lage zueinander haben, wodurch auch die zwischen den Elektroden generierte Funkenstrecke in Bezug auf die durch die Düsenöffnungen austretenden Kraftstoffeinspritzstrahlen eine definierte Lage hat.
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Weicht die Lage der im Einspritzdüsenhalter montierten Einspritzdüse – infolge einer Drehung der Düse um ihre Längsachse – nur um einen geringen Winkelbetrag von der vorgegebenen Einbaulage ab, führt dies infolge des Abstandes zwischen Zündeinrichtung und Einspritzdüse bzw. Düsenöffnungen und des – in der Regel – fächerförmigen Verlaufs der Einspritzstrahlen am Ort der Zündung zu größeren Abweichungen der Einspritzstrahlen von ihrer vorgesehenen Lage. Auf Änderungen des Abstandes der Einspritzstrahlen zu dem Ort, an dem die Zündung – beispielsweise mittels Zündfunken – eingeleitet wird, reagiert das strahlgeführte Verfahren empfindlich. Insbesondere sollte der eingespritzte Kraftstoff vor Erreichen des Zündfunkens im Wesentlichen verdampft sein. Nach dem Stand der Technik sind häufig zwei Einspritzstrahlen auf die Zündeinrichtung ausgerichtet und zwar in der Art, dass sie die Funkenstrecke aufeinander gegenüberliegenden Seiten passieren.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auch dann gewährleistet, wenn die Position der Einspritzdüse von einer vorgegebenen Einbaulage infolge Verdrehung abweicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinder, in welchem durch einen Kolbenboden eines Kolbens, einem Zylinderrohr und einem Zylinderkopf ein Brennraum ausgebildet ist,
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens angeordneten Zündeinrichtung zur Einleitung der Fremdzündung, und
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens und beabstandet zur Zündeinrichtung angeordneten Einspritzdüse zur direkten Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum des Zylinders, wobei an dem freien in den Brennraum hineinragenden Ende der Einspritzdüse mindestens drei Düsenöffnungen zur Zuführung des Kraftstoffes vorgesehen sind, die ringförmig d. h. auf einem gedachten Ring und regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass - – mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung vorgesehen ist, die zwischen den beiden der mindestens drei Düsenöffnungen angeordnet ist, die der Zündeinrichtung zugewandt und am nächsten sind, und
- – die Einspritzstrahlen sowohl der zwei Düsenöffnungen, die der Zündeinrichtung zugewandt und am nächsten sind, als auch der mindestens eine Einspritzstrahl der mindestens einen zusätzlichen Düsenöffnung auf die Zündeinrichtung ausgerichtet sind.
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Bei der Einspritzdüse der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung vorgesehen und zwar zwischen den zwei Düsenöffnungen, die der Zündeinrichtung zugewandt und am nächsten sind. Dadurch wird während der Einspritzung neben den zwei Einspritzstrahlen, die schon nach dem Stand der Technik auf die Zündeinrichtung ausgerichtet sind, mindestens ein weiterer Einspritzstrahl generiert, der auf die Zündeinrichtung ausgerichtet ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß mittels der auf die Zündeinrichtung gerichteten Einspritzstrahlen eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt, wird durch den zusätzlichen dritten Einspritzstrahl erhöht, denn die Wahrscheinlichkeit, daß einer der Einspritzstrahlen den für eine Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches erforderlichen Abstand zum Zündfunken aufweist, wächst mit der Anzahl der Einspritzstrahlen – vorausgesetzt die Einspritzstrahlen sind in geeigneter Weise d. h. in der erfindungsgemäßen Weise angeordnet.
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Wie noch im Rahmen der Figurenbeschreibung deutlich werden wird, macht die zusätzliche Düsenöffnung bzw. der zusätzliche Einspritzstrahl die Brennkraftmaschine bzw. die Zündung unempfindlicher gegenüber Verdrehungen der Einspritzdüse in Bezug auf eine vorgegebene Einbaulage und zwar unempfindlicher gegenüber Verdrehungen in beide Drehrichtungen.
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Dadurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bereitzustellen, die eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auch dann gewährleistet, wenn die Position der Einspritzdüse von einer vorgegebenen Einbaulage infolge Verdrehung abweicht.
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Die Einspritzdüse weist mindestens drei Düsenöffnungen auf, die ringförmig d. h. auf einem gedachten Ring und zueinander beabstandet angeordnet sind. Ringförmig bedeutet dabei nicht zwangsläufig kreisförmig. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff ”ringförmig” das Gegenteil von ”geradlinig”, wobei, wenn – wie vorliegend – die Düsenöffnungen auf einem gedachten Ring angeordnet sind, die Düsenöffnungen auf einer gedachten Linie liegen, deren Ende wieder an den Anfang der Linie anschließt d. h. die Linie eine in sich geschlossene Bahnkurve bildet.
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Durch die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine werden die Einsatzmöglichkeiten des geschichteten, direkteinspritzenden und strahlgeführten Brennverfahrens im Hinblick auf die möglichen Drehzahl- und Lastbereiche erheblich erweitert und sowohl die thermodynamische Effizienz d. h. der Kraftstoffverbrauch, als auch das Emissionsverhalten erheblich verbessert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens drei Düsenöffnungen regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung nicht auf dem gedachten Ring angeordnet ist. Die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung sollte vorzugsweise nicht auf dem von den übrigen mindestens drei Düsenöffnungen ausgebildeten Ring – beispielsweise einem Kreis – angeordnet sein, da dies zur Ausbildung unterschiedlich großer Abstände der auf die Zündeinrichtung ausgerichteten Einspritzstrahlen zum Zündfunken führen würde.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung innerhalb des gedachten Ringes angeordnet ist, was die Generierung gleichgroßer Abstände unterstützt bzw. ermöglicht.
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Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung einen gleichgroßen Abstand zu jeder der beiden benachbarten der Zündeinrichtung zugewandten Düsenöffnungen aufweist. Diese Ausführungsform gewährleistet, daß Verdrehungen der Einspritzdüse gegenüber einer vorgegebenen Einbaulage in beide Drehrichtungen gleichermaßen begegnet wird.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung und die beiden benachbarten der Zündeinrichtung zugewandten Düsenöffnungen auf einem Kreisbogen liegen.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine werden im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen im Folgenden erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen sechs Düsenöffnungen vorgesehen sind, die ringförmig und regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind, und die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung eine siebte Düsenöffnung darstellt. Die sechs zueinander beabstandet angeordneten Düsenöffnungen sorgen für eine weiträumige Verteilung des eingespritzten Kraftstoffes im Brennraum als einen ersten Schritt der Gemischbildung. Die zusätzliche siebte Düse übernimmt die oben bereits ausführlich dargelegten Aufgaben und gewährleistet eine sichere Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine zusätzliche Düsenöffnung vorgesehen ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse eine nach innen öffnende Mehrlocheinspritzdüse ist. Die Mehrlocheinspritzdüse bietet gegenüber einer piezoelektrisch gesteuerten Einspritzdüse Kostenvorteile und sollte vorzugsweise über 4 bis 10 seitlich angeordnete Düsenöffnungen verfügen.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse mit einer in Richtung der Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel die mindestens drei Düsenöffnungen und die mindestens eine zusätzliche Düsenöffnung in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zur Einspritzung des Kraftstoffes freigibt. Eine Düsennadel ermöglicht die mechanische Betätigung der Einspritzdüse bzw. die Steuerung des Einspritzvorganges.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Aufladung vorgesehen ist, vorzugsweise eine Abgasturboaufladung.
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Dabei wird für die Aufladung vorzugsweise mindestens ein Abgasturbolader eingesetzt, bei dem ein Verdichter und eine Turbine auf derselben Welle angeordnet sind, wobei der heiße Abgasstrom der Turbine zugeführt wird und sich unter Energieabgabe in dieser Turbine entspannt, wodurch die Welle in Drehung versetzt wird. Die vom Abgasstrom an die Turbine und schließlich an die Welle abgegebene Energie wird für den Antrieb des ebenfalls auf der Welle angeordneten Verdichters genutzt. Der Verdichter fördert und komprimiert die ihm zugeführte Ladeluft, wodurch eine Aufladung der Zylinder erreicht wird.
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Die Vorteile des Abgasturboladers beispielsweise im Vergleich zu einem mechanischen Lader bestehen darin, daß keine mechanische Verbindung zur Leistungsübertragung zwischen Lader und Brennkraftmaschine besteht bzw. erforderlich ist. Während ein mechanischer Lader die für seinen Antrieb benötigte Energie vollständig von der Brennkraftmaschine bezieht und somit die bereitgestellte Leistung mindert und auf diese Weise den Wirkungsgrad nachteilig beeinflußt, nutzt der Abgasturbolader die Abgasenergie der heißen Abgase.
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Für spezielle Anwendungen können aber auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein, bei denen die Aufladung mit mindestens einem mechanischen Lader, beispielsweise einem Kompressor, realisiert wird – gegebenenfalls auch in Kombination mit einer Abgasturboaufladung
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Bei einer Brennkraftmaschine, bei der mit dem Kolben eine Kurbelwelle in Drehung versetzt wird, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Einspritzdüse und die Zündeinrichtung in Richtung der Kurbelwelle beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Anordnung von Einspritzdüse und Zündeinrichtung in Richtung der Längsachse der Brennkraftmaschine, wie bei der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der
EP 1 319 822 A1 ist, und im Gegensatz zu der Brennkraftmaschine, die in der
WO 2006/048134 A1 beschrieben wird. Bei der in der
WO 2006/048134 A1 offenbarten Brennkraftmaschine sind die Einspritzeinrichtung und die Zündeinrichtung quer eingebaut d. h. quer zur Längsachse der Brennkraftmaschine.
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Vorteile bietet die Anordnung von Einspritzdüse und Zündeinrichtung in Richtung der Längsachse der Brennkraftmaschine insbesondere bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen, wenn berücksichtigt wird, daß die Aufladung ein geeignetes Mittel ist, bei gleicher Leistung den Hubraum zu reduzieren.
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Diese als Downsizing bezeichnete Maßnahme führt infolge der Hubraumreduzierung zu kleineren Brennkraftmaschinen d. h. zu Brennkraftmaschinen, deren Zylinder einen reduzierten d. h. vergleichsweise kleinen Bohrungsdurchmesser aufweisen. Das aufeinander abgestimmte Anordnen von Einspritz- und Zündeinrichtung, das durch das geringe Platzangebot im Zylinderkopf ohnehin nur schwer zu realisieren ist, wird durch das Downsizing somit bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen zusätzlich erschwert. Der Abstand zwischen den Nockenwellen, die über dem mindestens einen Zylinder im Zylinderkopf gelagert sind, nimmt durch das Downsizing und die Verkleinerung des Bohrungsdurchmessers ebenfalls ab.
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Aus diesen Gründen ist es vorteilhaft, die Einspritzdüse und die Zündeinrichtung in Richtung der Längsachse der Brennkraftmaschine gesehen hintereinander anzuordnen.
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Vorteilhaft sind aus den genannten Gründen insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzeinrichtung im Wesentlichen vertikal, vorzugsweise vertikal d. h. parallel zur Kolbenlängsachse, im Zylinderkopf angeordnet ist.
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Diese Ausführungsform trägt den beengten Platzverhältnissen und insbesondere einem infolge Downsizing verminderten Abstand der Nockenwellen Rechnung und damit dem Umstand, daß die Einbauposition der Einspritzdüse bei kleineren Nockenwellenabständen weniger leicht zugänglich ist und eine geneigt eingebaute Einspritzeinrichtung einen größeren Nockenwellenabstand erfordert. Die Montage der Einspritzdüse wird erleichtert und die konstruktive Ausgestaltung der Kraftstoffzuführung ebenfalls.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse dezentral im Zylinderkopf mit einem Abstand zur Zylinderlängsachse angeordnet ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen im Kolbenboden eine Mulde, vorzugsweise eine Omegaförmige Mulde, vorgesehen ist. Diese Ausführungsform gestattet die Einspritzung von Kraftstoff in Richtung Kolbenboden bzw. eine dementsprechende Anordnung und Ausrichtung der Einspritzdüse, ohne daß zu befürchten ist, daß der eingespritzte Kraftstoff noch in flüssiger Form auf den Kolbenboden d. h. die Brennrauminnenwand trifft. Vielmehr wird dem Kraftstoff durch diese Ausgestaltung des Kolbenbodens eine ausreichende Wegstrecke zur Verfügung gestellt, um auf dem Weg zum Kolbenboden hin zu verdampfen.
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Vorzugsweise liegen die Langsachse der Einspritzeinrichtung und die Längsachse der Zündeinrichtung in einer gemeinsamen Ebene, die wiederum vorzugsweise parallel zu einer Ebene verläuft, welche von den Zylinderlängsachsen aufgespannt wird.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen eine Abgasrückführung vorgesehen ist. Die Rückführung heißer Abgase bietet insbesondere Vorteile bei der Reduzierung der Schadstoffemissionen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1a, 1b, 2 und 3 näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1a schematisch in der Draufsicht die Düsenspitze einer Einspritzdüse nach dem Stand der Technik mitsamt den Düsenöffnungen,
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1b schematisch in der Draufsicht die Düsenspitze einer Einspritzdüse einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt den Düsenöffnungen,
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2 schematisch in der Seitenansicht die Anordnung von Zündeinrichtung und Einspritzdüse, sowie des Zündfunkens und der Einspritzstrahlen bei der ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine, und
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3 schematisch den in 2 eingezeichneten Schnitt A-A.
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1a zeigt schematisch in der Draufsicht die Düsenspitze 10 einer Einspritzdüse 9' nach dem Stand der Technik mitsamt den Düsenöffnungen 1', 2', 3', 4', 5', 6'. Die Längsachse der Einspritzdüse 9' steht senkrecht auf der Zeichenebene.
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Die Düsenöffnungen 1', 2', 3', 4', 5', 6' sind regelmäßig zueinander beabstandet und ringförmig – vorliegend kreisförmig – auf einem gedachten Ring 8' angeordnet.
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1b zeigt schematisch in der Draufsicht die Düsenspitze 10 einer Einspritzdüse 9 einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine mitsamt den Düsenöffnungen 1, 2, 3, 4, 5, 6. Die Längsachse der Einspritzdüse 9 steht senkrecht auf der Zeichenebene.
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Die Düsenöffnungen 1, 2, 3, 4, 5, 6 sind regelmäßig zueinander beabstandet und kreisförmig auf einem gedachten Ring 8 angeordnet.
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An dem freien in den Brennraum hineinragenden Ende 10 der Einspritzdüse 9 d. h. der Düsenspitze 10 ist eine zusätzliche siebte Düsenöffnung 7 vorgesehen, die zwischen den beiden Düsenöffnungen 1, 2 angeordnet ist, die in der Einbauposition der Einspritzdüse 9 der Zündeinrichtung zugewandt und am nächsten sind – wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist.
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Die zusätzliche Düsenöffnung 7 ist nicht auf dem gedachten Ring 8, sondern – zur Ausbildung gleichgroßer Abstände zur Zündeinrichtung bzw. zum Zündort – innerhalb des gedachten Ringes 8 angeordnet.
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Zudem weist die zusätzliche Düsenöffnung 7 einen gleichgroßen Abstand zu jeder der beiden benachbarten der Zündeinrichtung zugewandten Düsenöffnungen 1, 2 auf, wobei die zusätzliche Düsenöffnung 7 und die beiden benachbarten Düsenöffnungen 1, 2 auf einem Kreisbogen 21 liegen.
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2 zeigt schematisch in der Seitenansicht die Anordnung von Zündeinrichtung 18, Einspritzdüse 9, sowie des Zündfunkens 20 und der Einspritzstrahlen 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 bei der ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine.
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Die Einspritzdüse 9 und die als Zündeinrichtung 18 dienende Zündkerze 19 sind beabstandet zueinander angeordnet. Die Einspritzstrahlen 11, 12, 13, 14, 15, 16, der in der Düsenspitze 10 vorgesehenen Düsenöffnungen, die auf dem gedachten Ring angeordnet sind, liegen – in der gewählten Seitenansicht – paarweise hintereinander. Der Einspritzstrahl 17 der zusätzlichen Düsenöffnung wird von beiden Einspritzstrahlen 11, 12 der benachbarten Düsenöffnungen teilweise verdeckt.
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Die der Zündkerze 19 zugewandten Einspritzstrahlen 11, 12, 17 haben einen gleichgroßen Abstand zum Zündort 20, wie auch 3 zu entnehmen ist.
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3 zeigt schematisch den in 2 eingezeichneten Schnitt A-A. Die Einspritzstrahlen 11, 12, 17 der Düsenöffnungen, die der Zündkerze zugewandt und am nächsten sind, liegen auf einem Kreisbogen 21' um den Zündfunken 20 herum und haben denselben Abstand r zum Zündfunken d. h. Zündort 20. Ein Verdrehen der Einspritzdüse führt zu einer Verschiebung der Einspritzstrahlen 11, 12, 17 nach links bzw. rechts.
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Bezugszeichenliste
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Stand der Technik
- 1'
- Düsenöffnung
- 2
- Düsenöffnung
- 3'
- Düsenöffnung
- 4'
- Düsenöffnung
- 5'
- Düsenöffnung
- 6'
- Düsenöffnung
- 8'
- gedachter Ring
- 9'
- Einspritzdüse
- 10'
- Düsenspitze, freies Ende der Einspritzdüse
