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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Grundsätzlich sind Vorrichtungen zum Einspritzen und Zünden von Kraftstoff für Brennkraftmaschinen allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 044 244 A1 eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Brennraum bekannt, wobei der Brennraum zwei Kraftstoff-Einlassöffnungen aufweist, welche jeweils durch ein Einlassventil verschließbar sind. Die Brennkraftmaschine weist ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf, die in Zuordnung zu dem wenigstens einen Brennraum ein erstes und ein separates zweites Einspritzventil zum dosierten Einspritzen von Kraftstoff in mindestens einen Ansaugkanal des Brennraums aufweist. Die Einspritzventile spritzen den Kraftstoff dabei zerstäubt in Form von Spraykegeln in Richtung der Einlassventile. Im Ansaugrohr ist ferner eine Drosselklappe angeordnet, welche je nach angeforderter Leistung um eine Drehachse verschwenkbar ist und so in Abhängigkeit der angeforderten Leistung das Ansaugen einer entsprechenden Luftmenge in den Brennraum erlaubt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Ansaug- und Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, das erfindungsgemäße System zum Ansaugen, Einspritzen und Zünden von Kraftstoff einer Brennkraftmaschine und die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Brennkraftmaschine mit einer gesteigerten Laufruhe und reduzierten Abgasemissionen betreibbar ist. Die Drosselklappe der erfindungsgemäßen Ansaug- und Einspritzvorrichtung ist gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Drosselklappe um ca. 90 Grad gedreht angeordnet, so dass die Drehachse im Wesentlichen parallel zur Zwischenebene verläuft. Dies hat den Vorteil, dass der in Richtung der ersten und zweiten Einlassöffnung angesaugte Luftstrom durch eine teilweise geöffnete Drosselklappe etwas unsymmetrisch aufgeteilt und stärker verwirbelt wird. Beim Einspritzen des Kraftstoffs durch die Einspritzvorrichtung kommt es somit zu einer besseren Durchmischung von Luft und Kraftstoff, so dass ein homogeneres Luft-Kraftstoff-Gemisch erzeugt wird. Insbesondere wird der Luftstrom derart verwirbelt, dass unterschiedliche Luftströmungen und vorzugsweise auch unterschiedliche Luftmengen in Richtung der ersten und zweiten Einlassöffnung angesaugt werden. Auf diese Weise wird eine gesteigerte Vermischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum erzielt. Eine solche gesteigerte Vermischung verbessert die Entflammung und Durchbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum, wodurch die Laufruhe der Brennkraftmaschine gesteigert wird und Mängel im Verbrennungsverlauf, Zündaussetzer oder eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs vermieden werden. Auf diese Weise wird ferner eine Reduktion der Rohabgase erzielt. Zudem erhöht sich die Verträglichkeit für im Brennraum verbleibendes Abgas der vorherigen Verbrennung. Vorteilhafterweise kann aufgrund der Rohabgasreduktion der Katalysator kleiner dimensioniert und ein Teil der für den Katalysator benötigten Edelmetalle eingespart werden. Die verbesserte Durchbrennung und die hierdurch erzielte höhere Laufruhe ermöglicht darüber hinaus eine geringere Leerlaufdrehzahl, welche wiederum die Treibhausgasemissionen reduziert. Ferner ist es aufgrund der optimierten Durchmischung des Luft-Kraftstoffgemischs im Brennraum möglich im Teillastbereich mit einem erhöhten Restgasanteil zu fahren, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch reduziert. Die Brennkraftmaschine umfasst vorzugsweise mehr als einen Zylinder, wobei jeder der Zylinder einen Brennraum jeweils mit zwei Einlassventilen und jeweils einer um eine Drehachse schwenkbare Drosselklappe umfasst, wobei bei jedem Zylinder die Drehachse im Wesentlichen parallel zu einer Zwischenebene verläuft, welche sich zwischen der ersten und zweiten Einlassöffnung mittig durch das Ansaugrohr erstreckt. Die Ansaug- und Einspritzvorrichtung umfasst insbesondere einen Zylinderkopf der Brennkraftanlage, wobei die Brennkraftanlage insbesondere die Brennkraftanlage eines Motorrads ist. Die Einspritzventilanordnung spritzt Kraftstoff vorzugsweise im Rahmen einer vorgelagerten Einspritzung oder einer saugsynchronen Einspritzung ein, wobei die vorgelagerte Einspritzung besonders bevorzugt mit optimierten Spray-Targeting kombiniert wird. Auf diese Weise sind reduzierte Abgasemissionen in der Kaltstartphase zu erzielen. Bei der saugsynchronen Einspritzung wird eine erhöhte Füllung und eine reduzierte Klopfneigung der Brennkraftmaschine im Normalbetrieb an der Volllast erzielt (Kühlung der Frischladung in der Brennkammer aufgrund von geringerer Saugrohr- und Zylinderwandbenetzung).
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drosselklappe derart ausgebildet ist, dass eine durch die teilweise geöffnete Drosselklappe in Richtung der ersten Einlassöffnung angesaugte erste Luftmenge ungleich einer durch die teilweise geöffnete Drosselklappe in Richtung der zweiten Einlassöffnung angesaugte zweite Luftmenge ist und/oder dass die Drosselklappe derart ausgebildet ist, dass eine durch die teilweise geöffnete die Drosselklappe im Ansaugrohr derart angeordnet ist, dass sich beim Öffnen der Drosselklappe ein erster Flügel der Drosselklappe zu einer ersten Einlassöffnung hin bewegt und sich ein zweiten Flügel der Drosselklappe von der zweiten Einlassöffnung weg bewegt. Eine Drosselklappe hat grundsätzlich zwei durch die Drehachse voneinander getrennte Flügel, wobei sich beim Verschwenken der Drosselklappe im Ansaugrohr, beispielsweise beim Anfordern einer höheren Luftmenge („Gasgeben”), einer der Flügel in Richtung Brennraum und der andere Flügel in entgegengesetzte Richtung bewegt. Durch diese Geometrie bedingt, erlaubt derjenige Flügel, welcher sich in Richtung Brennraum bewegt, einen größeren Luftdurchsatz, als der andere Flügel. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung der Drosselklappe verteilt sich der größere Luftdurchsatz auf beide Einlassöffnungen, da sich der in Richtung Brennraum bewegende Flügel gleichermaßen in Richtung erster und zweiter Einlassöffnung bewegt. Bei der erfindungsgemäßen Ansaug- und Einspritzvorrichtung kommt der größere Luftdurchsatz an einem der Flügel vorteilhafterweise nur einer der beiden Einlassöffnungen zu Gute, während die andere Einlassöffnung mit weniger Luft versorgt wird. Hierdurch gelangen durch die erste und zweite Einlassöffnung unterschiedliche Mengen von Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Brennraum, wodurch die mit den oben genannten Vorteilen verbundene verbesserte Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum erzielt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einspritzventilanordnung ein erstes Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff sowohl in Richtung der ersten Einlassöffnung, als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung aufweist. Vorteilhafterweise wird durch die Verwendung nur eines einzigen Einspritzventils eine vergleichsweise synchrone Einspritzung durch die erste und zweite Einlassöffnung erzielt. Das erste Einspritzventil weist vorzugsweise zwei separate Einspritzkegel auf, durch welche zwei separate Einspritzkegel erzeugt werden. Einer der Einspritzkegel ist dabei auf die erste Einlassöffnung gerichtet, während der andere Einspritzkegel auf die zweite Einlassöffnung gerichtet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einspritzventilanordnung ein erstes Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung der ersten Einlassöffnung und ein zweites Einspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in Richtung der zweiten Einlassöffnung aufweist. Die Durchbrennung wird durch die Verwendung von zwei separaten Einspritzventilen begünstigt, da jedes Einspritzventil nur eine verminderte Durchflussmenge von Kraftstoff einzuspritzen braucht und zugleich mehr Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Spraykegel ermöglicht, wodurch ein optimiertes Spray-Targeting und eine geringere Spraydichte erzielt wird, d. h. dass sich die charakteristische Tröpfchengröße, insbesondere der Sauter-Durchmesser, des zerstäubten Kraftstoffs vorteilhafterweise verringert. Die Verwendung zweier separater Einspritzventile hat ferner den Vorteil, dass jedes einzelne Einspritzventil für einen geringeren Durchfluss von Kraftstoff ausgebildet sein muss, als wenn nur ein einziges Einspritzventil die gesamte Kraftstoffmenge einspritzen müsste, und sich hierdurch in vorteilhafterweise die Kleinstmenge reduziert, welche von den Einspritzventilen mit hoher Genauigkeit noch eingespritzt werden kann. Bei einem niedrigeren Durchfluss verlängern sich ferner die Einschaltzeiten für jedes der Einlassventile, um die gleiche Menge an Kraftstoff einzuspritzen. Auf diese Weise wird die Präzision des Einspritzvorgangs erheblich erhöht und die Gefahr, dass das erste Einspritzventil im nichtlinearen Bereich arbeitet ausgeräumt. Die Ansaug- und Einspritzvorrichtung erlaubt somit eine sehr genaue Einspritzung der benötigten Kraftstoffmenge auch bei dynamischen Betriebszuständen, welche durch große Lastwechsel hervorgerufen werden. Hierdurch wird die Motorleistung bei Lastwechseln, beispielsweise von Leerlauf auf Volllast bzw. von kleiner Last auf eine große Last, erhöht bzw. instationäre Gemischabweichungen verringert. Durch die Einstellung eines nahezu optimalen Luft-Kraftstoff-Gemischs wird ferner die Durchmischung und Durchbrennung begünstigt, wodurch eine verbesserte Laufruhe und eine reduzierte CO2-Emission bei Lastwechseln erzielt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Einspritzventil getrennt voneinander ansteuerbar sind. Auf diese Weise ist eine individuelle Ansteuerung der Einspritzventile zur Optimierung des Verbrennungsprozesses im Brennraum möglich. Beispielsweise ist der im nachfolgend erklärte Nachspritzvorgang realisierbar: Aus dem Stand der Technik ist bekannt, mittels Lastprädiktionsverfahren die zukünftig benötigte Kraftstoffmenge zu berechnen und das Einspritzventil zur Einspritzung der berechneten Kraftstoffmenge in das Saugrohr entsprechend zu steuern. Die Einspritzung des Kraftstoffs erfolgt bei Brennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung üblicherweise zeitlich vor dem Ansaugtakt. Wenn nun zeitlich nach der Einspritzung die Drosselklappe plötzlich stark geöffnet wird, beispielsweise weil der Fahrer ein erhöhtes Drehmoment anfordert, strömt mehr Luft in den Brennraum ein, als zur Berechnung der benötigten Kraftstoffmenge ursprünglich angenommen wurde. Da der Einspritzvorgang zu diesem Zeitpunkt bereits abgeschlossen ist, kann die Menge des Kraftstoffs nicht mehr an die größere Luftmenge angepasst werden, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum abgemagert wird und somit die Gefahr eines Leistungseinbruchs bis hin zu Verbrennungsaussetzern besteht. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass ein Nachspritzen von weiterem Kraftstoff durchgeführt wird, solange das Einlassventil noch geöffnet ist. Durch die Verwendung zweier separater Einspritzventile, die getrennt voneinander ansteuerbar sind, ist ein vergleichsweise präzises Nachspritzen einer kleinen Menge von weiterem Kraftstoff möglich, da sich durch die Verwendung der zwei separaten Einspritzventile für jedes Ventil die Kleinstmenge reduziert, welche von den Einspritzventilen mit hoher Genauigkeit noch eingespritzt werden kann, und sich bei einem niedrigeren Durchfluss die Einschaltzeiten für jedes der Einspritzventile verlängern, um die gleiche Menge an Kraftstoff einzuspritzen, so dass ein längerer Einschaltimpuls zum Nachspritzen des weiteren Kraftstoffs benötigt wird. Auf diese Weise wird die Präzision des Nachspitzvorgangs erheblich erhöht und die Gefahr, dass das eines der Einspritzventile beim Nachspritzen im nichtlinearen Bereich arbeitet ausgeräumt. Alternativ ist denkbar, dass das erste und zweite Einspritzventil parallel angesteuert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste und das zweite Einspritzventil derart unterschiedlich dimensioniert sind, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff durch das erste und das zweite Einspritzventil eingespritzt werden. Auf diese Weise kann die Kleinstabgabemenge weiter reduziert und die Steigerung der Präzision bei der Kraftstoffeinspritzung gesteigert werden. Ferner sind mit dem ersten und zweiten Einspritzventil, insbesondere trotz paralleler Ansteuerung, unterschiedliche Kraftstoffmengen einspritzbar, wodurch sich eine zusätzlich gesteigerte Verwirbelung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum ergibt, wodurch sich die Durchmischung weiter verbessert. Ferner lassen sich die Kraftstoffmengen individuell an den unterschiedlich verteilten Luftstrom anpassen und Homogenität des in den Brennraum einströmenden Gemischs verbessern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ansaugrohr in einem dem Brennraum zugewandten Endabschnitt eine Zwischenwand aufweist, welche das Ansaugrohr in einen zur ersten Einlassöffnung führenden ersten Kanalabschnitt und einen zur zweiten Einlassöffnung führenden zweiten Kanalabschnitt unterteilt, wobei die Zwischenebene und die Zwischenwand im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. In vorteilhafter Weise lässt sich somit der Spraykegel jedes Einspritzventils in einfacher Weise auf den jeweiligen Kanalabschnitt, sowie die jeweilige Einlassöffnung anpassen, so dass einerseits eine Benetzung der Außenwandungen des Ansaugrohrs, als auch eine Benetzung einer Trennwand zwischen der ersten und zweiten Einlassöffnung wirksam unterbunden wird.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Ansaugen, Einspritzen und Zünden von Kraftstoff einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Motorrads, aufweisend eine erfindungsgemäße Ansaug- und Einspritzvorrichtung und wenigstens einen Brennraum, dessen Wandung eine von einem ersten Einlassventil verschließbare erste Einlassöffnung und eine von einem zweiten Einlassventil verschließbare zweite Einlassöffnung aufweist, wobei die Vorrichtung eine dem ersten Einlassventil zugeordnete erste Zündkerze und eine dem zweiten Einlassventil zugeordnete zweite Zündkerze aufweist. Auf diese Weise wird eine Reduktion der Abgasemissionen beim Betrieb der Brennkraftmaschine und insbesondere in der Start- und Warmlaufphase der Brennkraftmaschine erzielt. Die Verwendung der zwei separaten Zündkerzen führt dazu, dass das durch die erste und die zweite Einlassöffnung in den Brennraum gelangende Luft-Kraftstoff-Gemisch an zwei verschiedenen Entflammungspunkten entzündet wird, wodurch eine schnellere und stabilere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum erzielt wird. Auf diese Weise werden Mängel im Verbrennungsverlauf, Zündaussetzer oder eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffgemischs vermieden und eine Reduktion der Rohabgase erzielt. Insbesondere in der Start- und Warmlaufphase, d. h. bei einem kalten, noch nicht (vollständig) konvertierenden Katalysator führt dies zu einer Verringerung der Abgasemissionen am Katalysatorausgang. Die auf diese Weise verbesserte Entflammung und Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum führt somit zu einer höheren Verbrennungsstabilität und ferner über ein späteres Zündungs-Timing zu einer erhöhten Temperatur im Brennraum zum Zeitpunkt des Öffnens des Auslassventils (oder der Auslassventile) und somit auch zu heißeren Rohabgasen. Hierdurch wird in der Start- und Warmlaufphase der Katalysator schneller aufgewärmt und erreicht schneller die Anspringtemperatur, ab welcher der Katalysator effizient arbeitet. Dies führt ebenfalls zu einer Reduktion der Abgasemissionen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Zündkerze derart im Brennraum angeordnet ist, dass ein vom ersten Einspritzventil durch das erste Einlassventil in den Brennraum eingespitzter Kraftstoff im Wesentlichen durch die erste Zündkerze entzündet wird, und dass die zweite Zündkerze derart im Brennraum angeordnet ist, dass ein vom zweiten Einspritzventil durch das zweite Einlassventil in den Brennraum eingespritzter Kraftstoff im Wesentlichen durch die zweite Zündkerze entzündet wird. In vorteilhafter Weise wird das durch das erste Einspritzventil in den Brennraum gelangende Kraftstoffgemisch mittels der ersten Zündkerze und das durch das zweite Einspritzventil in den Brennraum gelangende Kraftstoffgemisch mittels der zweiten Zündkerze unmittelbar entzündet, so dass eine gleichmäßig und kontinuierlich vom Zylinderkopf in Richtung Kolben wandernde Flammenfront erzielt wird. Auf diese Weise wird eine sichere Entzündung, sowie eine stabile und gleichmäßige Durchbrennung des Brennraums gewährleistet. Vorzugsweise wird dabei der Brennraum im Wesentlichen in zwei Hälften geteilt, wobei das erste Einspritzventil, das erste Einlassventil und die erste Zündkerze für die Verbrennung in der einen Hälfte und das zweite Einspritzventil, das zweite Einlassventil und die zweite Zündkerze für die Verbrennung in der anderen Hälfte vorgesehen sind. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Verbrennung an zwei Stellen des Brennraumes gestartet, wodurch sich das Durchbrennverhalten insbesondere in großvolumigen Brennräumen optimieren lässt.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Motorrad, aufweisend ein erfindungsgemäßes System zum Ansaugen, Einspritzen und Zünden von Kraftstoff.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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3 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
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4 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
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5 eine schematische Ansicht eines Systems zum Ansaugen, Einspritzen und Zünden gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' für eine Brennkraftanlage 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1, welche im vorliegenden Beispiel nur einen Zylinder aufweist, umfasst einen Brennraum 2, in welchem sich ein Kolben 2' bewegt. Die Wandung des Brennraums 2 weist eine erste und eine zweite Einlassöffnung 10, 20 auf, durch welche jeweils ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer 2 angesaugt wird und eine erste und zweite Auslassöffnung 40, 50, durch welche die Rohabgase des verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs aus der Brennkammer 2 in erste und zweite Auslasskanäle ausgestoßen werden. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein erstes Einlassventil 11 auf, welches zum Verschließen der ersten Einlassöffnung 10 vorgesehen ist und zwischen einem ersten Kanalabschnitt 14 eines Ansaugrohrs 9 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner ein zweites Einlassventil 21 auf, welches zum Verschließen der zweiten Einlassöffnung 20 vorgesehen ist und zwischen einem zweiten Kanalabschnitt 21 des Ansaugrohrs 9 und der Brennkammer 2 angeordnet ist. Das Ansaugrohr 9 wird auf in einem der Brennkrammer 2 zugewandten Endabschnitt durch eine Zwischenwand 9' in den ersten und zweiten Kanalabschnitt 14, 24 unterteilt. Durch das Ansaugrohr 9 wird Frischluft durch das Saugrohr in Richtung der Brennkammer 2 angesaugt. Im Ansaugrohr 9 ist eine Einspritzventilanordnung 3 angeordnet, welche lediglich ein erstes Einspritzventil 12 umfasst. Das erste Einspritzventil 12 sprüht Kraftstoff 4 in Form von zwei Sprühkegeln sowohl in Richtung der ersten Einlassöffnung 10, als auch in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 ein, wodurch sich im Brennraum 2 ein entzündliches Luft-Kraftstoff-Gemisch bildet. Zur Regulierung der angesaugten Luftmenge ist im Ansaugrohr 9 eine Drosselklappe 30 angeordnet. Die Drosselklappe 30 ist zur Regulierung der angesaugten Luftmenge um eine zur Zeichenebene senkrechte Drehachse 31 schwenkbar ausgebildet. Die Drehachse 31 ist dabei parallel zu einer Zwischenebene 100 ausgerichtet. Die Zwischenebene 100 verläuft mittig zwischen der ersten und zweiten Einlassöffnung durch das Ansaugrohr 9. Die Zwischenebene 100 und die Zwischenwand 9' sind ebenfalls parallel zueinander ausgebildet. Die Drosselklappe 30 besteht aus einem ersten und einem zweiten Flügel 32, 33, welche durch die Drehachse 31 voneinander getrennt sind. Bei einer geschlossenen Drosselklappe 9 ist der erste Flügel 32 auf einer zum ersten Kanalabschnitt 14 korrespondierenden Seite des Ansaugrohres 9 angeordnet, während der zweiten Flügel 33 auf einer zum zweiten Kanalabschnitt 24 korrespondierenden Seite des Ansaugrohres 9 angeordnet ist. Die spezielle Orientierung der Drehachse 31 führt dazu, dass beim Öffnen der Drosselklappe 30 sich der erste Flügel 32 zur ersten Einlassöffnung 10 hin bewegt wird und sich der zweite Flügel 33 von der zweiten Einlassöffnung 20 weg bewegt. Eine im Bereich des ersten Flügels 32 durch die teilweise geöffnete Drosselklappe 30 in Richtung der ersten Einlassöffnung 10 angesaugte erste Luftmenge ist dabei aus strömungstechnischen Gründen größer als eine im Bereich des zweiten Flügels 33 durch die teilweise geöffnete Drosselklappe 30 in Richtung der zweiten Einlassöffnung angesaugte zweite Luftmenge, da angesaugt Luft, welche zentral auf die Drosselklappe 30 strömt in Richtung des ersten Flügels 32 abgelenkt wird. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch gelangt durch diese Asymmetrie unter großen Verwirbelungen in den Brennraum 2, wodurch eine besonders gute Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum 2 erzielt wird. Im Innern des Brennraums 2 ist eine Zündkerze 60 angeordnet, welche zur initialen Zündung des eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemischs einen definierten Funken im Brennraum 2 erzeugt. Das Ansaugrohr 9 wird vorzugsweise von einem Rohrbauteil, welcher mit einem Stutzen eines Zylinderkopfes verbunden ist, gebildet, wobei der Zylinderkopf an einem den Zylinder aufweisendem Motorblock befestigt ist, um den Zylinder zu schließen. Das erste Einspritzventil 12 ist dabei vorzugsweise am Rohrbauteil befestigt und insbesondere an einem oberen Wandungsabschnitt (welcher dem Brennraum 2 abgewandt ist) des Ansaugrohres 9 angeordnet. Denkbar ist, dass die pro Verbrennungszyklus jeweils einmal Kraftstoff 4 mittels des ersten Einspritzventils 12 eingespritzt wird. Denkbar ist, dass hierbei eine saugsynchrone Einspritzung erfolgt, d. h. ein Teil des Kraftstoffs 4 an eine den Einlassöffnungen 10, 20 gegenüberliegende Wandung des Zylinders transportiert wird. Dieser Kraftstofffilm verdunstet an der Zylinderwand und führt somit zu einer Abkühlung der Brennraumtemperatur, wodurch die Klopfneigung der Brennkraftmaschine 1 reduziert wird. Alternativ erfolgt eine vorgelagerte Einspritzung, um insbesondere im Kaltstart, die Bildung eines Kraftstofffilms an der den Einlassöffnungen 10, 20 gegenüberliegende Wandung des Zylinders zu verhindern und somit eine Reduktion der Rohabgase zu erzielen. Zusätzlich zur vorgelagerten Einspritzung kann in Kombination mit optimalem Spray-Targeting die HC-Emissionen im Kaltstart weiter verringert werden. Der eingespritzte Kraftstoffstrahl wird hierzu in Richtung Kanalboden des ersten und zweiten Kanalabschnitts 14, 24 ausgerichtet, so dass sich das angesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch in Richtung Brennraummitte verlagert und somit eine Benetzung der den Einlassöffnungen 10, 20 gegenüberliegende Wandung des Zylinders verhindert wird. Gleichzeitig wird eine Benetzung des Kanalbodens und somit eine Wandfilmbildung im Saugrohr 9 (bzw. im ersten und zweiten Kanalabschnitt 14, 24) erzielt.
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In 2 ist eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die zweite Ausführungsform im Wesentlichen der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei die Einspritzanordnung 3 der Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' gemäß der zweiten Ausführungsform derart ausgebildet ist, dass unterschiedliche Kraftstoffmengen in Richtung der ersten Einlassöffnung 10 und in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 eingespritzt werden. Denkbar ist, dass die Einspritzanordnung 3 für einen unterschiedlichen Kraftstoffdurchsatz der beiden Strahlkegel ausgebildet ist. Durch die Asymmetrie der Kraftstoffeinspritzung wird die Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum 2 weiter begünstigt.
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In 3 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen der in 1 illustrierten ersten Ausführungsform gleicht, wobei die Einspritzanordnung 3 der Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' gemäß der dritten Ausführungsform ein erstes Einspritzventil 12 zum Einspritzen von Kraftstoff 4 im Wesentlichen ausschließlich in Richtung der ersten Einlassöffnung 10 und ein separates zweites Einspritzventil 22 zum Einspritzen von Kraftstoff 4 im Wesentlichen ausschließlich in Richtung der zweiten Einlassöffnung 20 aufweist. Die Verwendung zweier separater Einspritzventile 12, 22 hat den Vorteil, dass sich die Spraydichte der Spraykegel verringert, da jedes Einspritzventil 12, 22 nur eine verminderte und insbesondere eine halbierte Durchflussmenge von Kraftstoff 4 einzuspritzen braucht, so dass sich die charakteristische Tröpfchengröße, insbesondere der Sauter-Durchmesser, des zerstäubten Kraftstoffs 4 vorteilhafterweise reduziert. Ein reduzierter Sauter-Durchmesser bewirkt eine bessere Durchbrennung des Kraftstoffgemischs im Brennraum 2 und somit zu einer erhöhten Temperatur im Brennraum 2, wodurch sich insbesondere die Kaltstart-Eigenschaften der Brennkraftmaschine 1 verbessern lassen.
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In 4 eine schematische Ansicht einer Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die vierte Ausführungsform im Wesentlichen der in 3 illustrierten dritten Ausführungsform gleicht, wobei das erste und das zweite Einspritzventil 12, 22 derart unterschiedlich dimensioniert, dass unterschiedliche Mengen von Kraftstoff 4 durch das erste und das zweite Einspritzventil 12, 22 eingespritzt werden. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Einspritzventil 12, 22 ferner einzeln ansteuerbar sind, so dass zu unterschiedlichen Zeitpunkten Kraftstoff 4 eingespritzt werden kann. Auf diese Weise ist eine asymmetrische Kraftstoffeinspritzung realisierbar, durch welche die Durchmischung des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum 2 weiter begünstigt wird. Denkbar ist ferner, dass die individuelle Ansteuerung des ersten und zweiten Einspritzventils 12, 22 mit einer Nockenwellenverstellung kombiniert wird, so dass vorteilhafterweise der Effekt einer Frischluftspülung (Scavenging) im niederen Drehzahlbereich bei hoher Last gesteigert werden kann.
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In 5 eine schematische Ansicht eines Systems 1'' zum Ansaugen, Einspritzen und Zünden von Kraftstoff 4 einer Brennkraftmaschine 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das System 1'' eine Ansaug- und Einspritzvorrichtung 1' für eine Brennkraftmaschine 1 gemäß der in 4 illustrierten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist und wobei das System 1'' ferner eine dem ersten Einlassventil 11 zugeordnete erste Zündkerze 13 und eine dem zweiten Einlassventil 21 zugeordnete zweite Zündkerze 23 aufweist. Die erste Zündkerze 13 ist dabei im Brennraum 2 benachbart zur ersten Einlassöffnung 10 angeordnet, während die zweite Zündkerze 23 im Brennraum 2 benachbart zur zweiten Einlassöffnung 20 angeordnet ist. Ein vom ersten Einspritzventil 12 durch das erste Einlassventil 11 in den Brennraum 2 eingespritzter Kraftstoff 4 wird daher im Wesentlichen durch die erste Zündkerze 13 entzündet, während ein vom zweiten Einspritzventil 22 durch das zweite Einlassventil 21 in den Brennraum 2 eingespritzter Kraftstoff 4 im Wesentlichen durch die zweite Zündkerze 23 entzündet wird. Die erste und die zweite Zündkerze 13, 23 sind dabei vorzugsweise getrennt voneinander ansteuerbar. Ferner ist denkbar, dass das erste und zweite Einspritzventil 12, 22 getrennt voneinander ansteuerbar sind. Auf diese Weise sind besonders bevorzugt der Vorgang Einspritzung von Kraftstoff 4 mittels des ersten Einspritzventils 12 und Entzündung dieses eingespritzten Kraftstoffs 4 mittels der ersten Zündkerze 13 einerseits und der Vorgang Einspritzung von Kraftstoff 4 mittels des zweiten Einspritzventils 22 und Entzündung dieses eingespritzten Kraftstoffs mittels der zweiten Zündkerze 23 andererseits parallel, individuell oder als Kombination von beiden ansteuerbar. Ferner wird eine betriebsabhängige Ansteuerung, beispielsweise in Abhängigkeit der Drosselklappeneinstellung und/oder der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine 1, ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008044244 A1 [0002]
