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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Aufnahmevorrichtung für eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Mediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Einspritzvorrichtungen zur Einspritzung eines Mediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind Hochdruckeinspritzventile bekannt, die beispielsweise als herkömmliche Magnetschaltventile mit einer Spule und Bauteilen eines Magnetaktors aufgebaut sind.
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Direkteinspritzventile bei Otto-Motoren und Diesel-Motoren sind durch den direkten Kontakt zum Brennraum hohen Temperaturen ausgesetzt. Diese hohen Temperaturen können sich negativ auf die Lebensdauer des Hochdruckeinspritzventils auswirken. Zudem können sich durch die erhöhten Temperaturen Ablagerungen im und am Hochdruckeinspritzventil bilden, die negative Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Hochdruckeinspritzventils und letztendlich der Brennkraftmaschine haben können.
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Bei bisher bekannten Brennkraftmaschinen wird versucht, durch Auslegung von Kühleinrichtungen, beispielsweise in Form von Wasserkanälen, die Verhältnisse im bzw. am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine und insbesondere in der Nähe der Hochdruckeinspritzventile derart zu gestalten, dass beim Betrieb der Brennkraftmaschine keine oder keine nennenswerte Verschlechterung der Leistungsfähigkeit auftritt. Bisher ist es jedoch nicht für sämtliche Typen von Brennkraftmaschinen möglich, eine optimale Lösung zu finden, speziell wenn die räumlichen Verhältnisse oder konstruktiven Details das nicht zulassen. Im Besonderen sind Hochdruckeinspritzventile bei luftgekühlten Motoren einer erhöhten Belastung ausgesetzt, da die Temperaturen des Zylinderkopfs (sogenannte Kopftemperaturen) in diesem Fall deutlich höher liegen können als bei wassergekühlten Motoren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung für eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Mediums in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Belastung am Hochdruckeinspritzventil deutlich abgesenkt wird. Damit werden Belagsbildungsprozesse deutlich verlangsamt oder gestoppt. Zudem wird die generelle Temperaturbelastung reduziert, was der Lebensdauer des Hochdruckeinspritzventils zugutekommt. Dies gilt im Besonderen für luftgekühlte Motoren und Motoren mit ungünstigen Einbauverhältnissen.
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Eine ausreichende Kühlung durch Kühlwasser setzt voraus, dass konstruktiv die Kühlkanäle auch an den notwendigen Stellen gesetzt werden können. Bei beengten Verhältnissen, was speziell auf kleine Motoren mit hoher spezifischer Leistung zutrifft, ist dies zumindest teilweise nicht möglich, so dass eine optimale Kühlung nicht immer gewährleistet werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es daher gerade für solche Verhältnisse vorteilhaft möglich, auch bei beengten Verhältnissen einfach eine lokale Kühlung an den kritischen Stellen zu realisieren, d. h. insbesondere an solchen Stellen in der Nähe des Hochdruckeinspritzventils bzw. in der Nähe des Injektors bzw. an Stellen um das Hochdruckeinspritzventil herum bzw. um den Injektor herum. Ein Eingriff in die Kühlwasserkanäle ist hierbei erfindungsgemäß nicht zwingend erforderlich. Auch ergeben sich bezüglich der zu beachtenden Wandstärken Vereinfachungen. Ferner ist es erfindungsgemäß zudem ebenfalls vorteilhaft, dass auch bei einem schon existierenden Gussteil die erfindungsgemäße Kühlungsmaßnahme auch nachträglich noch eingebracht werden kann. Speziell für Motoren, die auch auf Grund von Kosten auf eine Wasserkühlung verzichten, kann die erfindungsgemäße Kühlungsmaßnahme eingesetzt werden. Beispiele für solche Situationen sind etwa Zweiradmotoren, die derzeit – auch auf Grund der nicht zu beherrschenden Zylinderkopftemperaturen – nicht als Direkteinspritzmotoren ausgeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist es somit vorgesehen, dass die Aufnahmevorrichtung in einem in räumlicher Nähe des Spritzlochs des Injektors bzw. in räumlicher Nähe der Spitze des Injektors befindlichen ersten Bereich eine rohrförmig ausgebildete Wärmeleiteinrichtung derart aufweist, dass die Wärmeleiteinrichtung in der Lage ist, Wärme von dem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich zu transportieren, der zum Spritzloch des Injektors bzw. von der Injektorspitze abgewandt angeordnet oder positioniert ist. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der erste Bereich der Aufnahmevorrichtung direkt mit dem Brennraum in Kontakt steht oder an diesem angrenzt bzw. dass der erste Bereich der Aufnahmevorrichtung vom Brennraum zwar getrennt, jedoch thermisch leitend mit dem Brennraum in Kontakt steht und dass der zweite Bereich der Aufnahmevorrichtung ausgehend von dem ersten Bereich vom Brennraum entfernt angeordnet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung der Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine rohrförmig ausgebildete Wärmeleiteinrichtung ein Gehäuse mit einem gekapselten Volumen aufweist, wobei in wenigstens einem Teil des Volumens ein Arbeitsmedium angeordnet ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, sogenannte Wärmerohre (Heatpipes) als Wärmeleiter in Richtung zu verwenden, die typischerweise länglich erstreckt, insbesondere rohrförmig ausgebildet sind, wobei ein erstes Ende thermisch an eine Wärmequelle angebunden ist und ein zweites Ende der Wärmeleiteinrichtung thermisch an eine Wärmesenke angebunden ist. In dem Wärmerohr bzw. in der Wärmeleiteinrichtung ist ein Arbeitsmedium vorhanden, welches im Bereich der Wärmeübertragungsfläche der Wärmequelle verdampft, zum Bereich der Wärmesenke transportiert wird und dort wieder kondensiert und dabei Wärme an die Wärmesenke abgibt. Hierbei kann es sich bei der Wärmeleiteinrichtung erfindungsgemäß anstelle eines sogenannten Wärmerohrs auch um ein sogenanntes Thermosyphon handeln, wobei das flüssige Arbeitsmedium nach der Kondensation durch die Schwerkraft wieder zur Wärmeübertragungsfläche der Wärmequelle zurücktransportiert wird.
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Ferner ist es erfindungsgemäß ebenfalls bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung als Hülse ausgebildet ist, wobei der Injektor mit der Aufnahmevorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Verbindung verbunden ausgebildet ist, wobei die Aufnahmevorrichtung in einer Ebene senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Injektors den Injektor vollständig umgebend ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders gute Kühlungswirkung des Injektors bzw. der Einspritzvorrichtung bei der erfindungsgemäßen Aufnahmevorrichtung realisiert werden, so dass auch bei beengten Platzverhältnissen im Kopfbereich der Brennkraftmaschine eine gute Kühlung der Einspritzvorrichtung möglich ist. Hierbei ist es erfindungsgemäß insbesondere zusätzlich bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung zur Einpressung in einen Zylinderkopf konfiguriert ist, wobei die Aufnahmevorrichtung in Form der Hülse insbesondere eine Mehrzahl von Wärmeleiteinrichtungen um den Injektor herum bzw. insbesondere im Bereich der Injektorspitze um den Injektor herum (d. h. in einer Ebene senkrecht zur Injektor Längsachse im Bereich der Injektorspitze umlaufend) aufweist.
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Alternativ zu einer Realisierung der Aufnahmevorrichtung als Hülse kann es erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Aufnahmevorrichtung als Zylinderkopf ausgebildet ist, wobei der Injektor mit der Aufnahmevorrichtung zur Herstellung einer lösbaren Verbindung verbunden ausgebildet ist. Hierdurch ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass die Wärmeleiteinrichtung direkt in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann, so dass ein Herstellungsschritt des Verbindens der Aufnahmevorrichtung mit dem Zylinderkopf entfallen kann.
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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 zeigt
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinderkopfbereichs eines Verbrennungsmotors.
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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 nur jeweils einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist ausschnittsweise in einer Schnittdarstellung ein Zylinderkopfbereich eines Verbrennungsmotors dargestellt. Der Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine weist typischerweise mehrere Verbrennungszylinder auf, die stirnseitig von einem Zylinderkopf 10 abgedeckt sind. In jedem Verbrennungszylinder ist ein Hubkolben 13 axial verschieblich geführt, der über eine Pleuelstange (nicht dargestellt) mit einer Kurbelwelle gelenkig verbunden ist. Jeder Hubkolben 13 begrenzt zusammen mit dem Zylinderkopf 10 einen Brennraum. In 1 ist ein Schnitt durch den Zylinderkopf 10 und einen Verbrennungszylinder 12 dargestellt, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine für jeden Verbrennungszylinder zwei gesteuerte Ventile (Einlassventil und Auslassventil) für den Gaswechsel im Brennraum sowie ein Kraftstoff-Einspritzventil 11 (bzw. Einspritzventil 11 bzw. insbesondere ein Hochdruckeinspritzventil 11) bzw. ein Injektor 11 zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum vorgesehen ist. Bei der heute weit verbreiteten Vierventiltechnik sind pro Verbrennungszylinder zwei Einlassventile und zwei Auslassventile sowie ein Injektor 11 bzw. zwei Injektoren 11 vorhanden. Jedes Einlassventil schließt brennraumseitig einen im Zylinderkopf 10 verlaufenden Einlasskanal und jedes Auslassventil brennraumseitig einen im Zylinderkopf 10 verlaufenden Auslasskanal ab.
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Das für jeden Verbrennungszylinder vorhandene Einspritzventil 11 bzw. der Injektor 11 zur direkten Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum ist typischerweise in eine Zylinderkopfbohrung eingesetzt und an eine Kraftstoffzuleitung (nicht dargestellt) angeschlossen. Der Einlasskanal ist an seiner vom Einlassventil abgekehrten Eingangsseite an ein Saugrohr (nicht dargestellt) angeschlossen, über das dem Einlasskanal Luft zugeführt wird. Bei mehr oder weniger weit geöffnetem Einlassventil strömt dosiert Verbrennungsluft in den Brennraum, und in den einströmenden oder bereits eingeströmten Luftstrom wird von dem Kraftstoff-Einspritzventil 11 bzw. dem Injektor 11 Kraftstoff zugespritzt.
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Erfindungsgemäß ist, wie aus der 1 hervorgeht, ein vorderer Teil des Injektors 11 (bzw. die Injektorspitze mit dem Spritzloch) in den Brennraum hineinragend vorgesehen, wobei im vorderen Bereich des Injektors 11 dieser einen Oberflächenbereich aufweist, der direkt mit dem Brennraum der Brennkraftmaschine in Kontakt steht.
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In diesem vorderen Teil des Injektors 11, mittels dem der Injektor 11 in direktem Kontakt mit dem Brennraum steht, ist der Injektor 11 und damit auch – vermittels Wärmeleitung des Materials des Injektors 11 – das Innere des Injektors und damit auch das Einspritzmedium bzw. der Kraftstoff einer hohen Temperaturbelastung bzw. einer hohen Wärmebelastung, insbesondere im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine, ausgesetzt. Dies führt typischerweise nachteilig zu Ablagerungen, wenn keine besonderen Kühlmaßnahmen ergriffen werden. Bei beengten Platzverhältnissen sind herkömmliche Kühlmaßnahmen in Form einer Wasserkühlung nur schwer zu realisieren, weil bestimmte Wandbereichsdicken bzw. Vorgaben für den Minimaldurchmesser von Kühlkanälen eingehalten werden müssen. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, in dem Bereich in räumlicher Nähe des Spritzlochs des Injektors Wärmeleiteinrichtungen 20 vorzusehen, welche insbesondere rohrförmig ausgebildet sind und die ein erstes Ende 21 und ein zweites Ende 22 aufweisen. Mit dem ersten Ende 21 sind die Wärmeleiteinrichtungen 20 bzw. ist die Wärmeleiteinrichtung 20 mit der Wärmequelle, nämlich mit dem ersten Bereich in der Nähe des Spritzlochs des Injektors, an eine Wärmequelle, nämlich die Wärme im Brandbereich des Brennraums des Zylinders, angekoppelt, während das zweite Ende 22 der Wärmeleiteinrichtungen 20 bzw. der Wärmeleiteinrichtung 20 thermisch mit einer Wärmesenke 30 verbunden ist. Am ersten Ende 21 der Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. der Mehrzahl von Wärmeleiteinrichtungen 20 findet eine Verdampfung eines Arbeitsmittels statt, welches durch die Wärmeleiteinrichtung 20 gekapselt, insbesondere hermetisch dicht gekapselt innerhalb des Gehäuses der Wärmeleiteinrichtung 20 vorgesehen ist. Am zweiten Ende 22 der Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. der Mehrzahl der Wärmeleiteinrichtungen 20 ist auf Grund der Wirkung der dort vorhandenen Wärmesenke 30, insbesondere in Form eines Kühlkörpers oder dergleichen, eine Kondensation des Arbeitsmittels innerhalb des Gehäuses der Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. der Mehrzahl an Wärmeleiteinrichtungen 20 vorgesehen. Hierdurch ist es erfindungsgemäß möglich, die thermische Belastung am Hochdruckeinspritzventil bzw. am Injektor 11 deutlich zu reduzieren, so dass Belagbildungsprozesse deutlich verlangsamt oder gestoppt werden. Zudem kann die generelle Temperaturbelastung reduziert werden, was der Lebensdauer des Injektors 11 zugutekommt.
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Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. die Mehrzahl an Wärmeleiteinrichtungen 20 innerhalb des Zylinderkopfgehäuses bzw. innerhalb des Zylinderkopfes, welcher insbesondere als ein Gussteil realisiert ist, insbesondere in Form von Aluminiumguss, angeordnet ist. In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Aufnahmevorrichtung für eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung eines Mediums in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine der Zylinderkopf bzw. das Zylinderkopfgehäuse, insbesondere in Form eines Gussteils. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Aufnahmevorrichtung auch in Form einer Hülse ausgebildet sein, welche die Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. die Mehrzahl an Wärmeleiteinrichtungen 20 aufweist. Eine solche Hülse wird bei der Montage des Motors bzw. der Brennkraftmaschine beispielsweise in das Zylinderkopfgehäuse bzw. in den Zylinderkopf eingesetzt, insbesondere eingepresst und damit dauerhaft und irreversibel mit dem Zylinderkopf verbunden. Hierbei weist eine solche Hülse eine herkömmliche Aufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer Bohrung mit einem Gewinde zur Aufnahme eines Injektors 11, auf, wobei die Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. die Mehrzahl an Wärmeleiteinrichtungen 20 innerhalb der Hülse, d. h. innerhalb der Aufnahmevorrichtung 10, um die Bohrung des Injektors herum angeordnet ist bzw. sind. In einer solchen Bohrung bzw. Aufnahme einer in den Zylinderkopf eingepressten Hülse kann sodann zur Montage des Injektors 11 dieser in herkömmlicher Weise eingeschraubt werden und auch wieder – etwa zum Austausch des Injektors – gelöst werden.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Wärmeleiteinrichtung 20 bzw. die Mehrzahl an Wärmeleiteinrichtungen 20 derart eingestellt sind bzw. ist, dass eine Arbeitstemperatur von ca. 200 °C realisiert ist, d. h. bei dieser Temperatur findet eine besonders effiziente Wärmeleitung zwischen dem ersten Ende 21 der Wärmeleiteinrichtung 20 und dem zweiten Ende 22 statt.
