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Die Erfindung betrifft eine Otto-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 102 61 185 A1 ist eine direkteinspritzende Otto-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern bekannt, wobei jedem Zylinder jeweils ein Kraftstoffinjektor zugeordnet ist. Jeder Kraftstoffinjektor verfügt über einen Ventilkörper, der als Ventilnadel ausgebildet ist, wobei der Ventilkörper mit einem Ventilsitz derart zusammenwirkt, dass dann, wenn der Ventilkörper vom Ventilsitz abgehoben ist, Kraftstoff über mindestens ein Einspritzloch in einen Brennraum des jeweiligen Zylinders eingespritzt werden kann. Bei der aus der
DE 102 61 185 A1 bekannten Brennkraftmaschine umfasst jeder Kraftstoffinjektor mehrere derartige Einspritzlöcher, die in Axialrichtung derselben gesehen einen konstanten Durchmesser aufweisen.
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Aus der
DE 101 22 350 B4 ist ein Kraftstoffinjektor für eine Otto-Brennkraftmaschine bekannt, der mehrere Einspritzlöcher aufweist, wobei es aus diesem Stand der Technik bereits bekannt ist, dass ein Einspritzloch eines Kraftstoffinjektors eine abgestufte Kontur aufweist, nämlich derart, dass das Einspritzloch im Wesentlichen in zwei Segmente untergliedert ist, nämlich in ein sogenanntes Spritzloch mit einem relativ kleinen Durchmesser und in ein sogenanntes Stufenloch mit einem gegenüber dem Spritzloch erweiterten Durchmesser, wobei das Spritzloch des jeweiligen Einspritzlochs dem Ventilsitz zugewandt und das Stufenloch des jeweiligen Einspitzlochs vom Ventilsitz abgewandt ist.
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Im Betrieb einer solcher Otto-Brennkraftmaschine können sich im Bereich des oder jedes Einspritzlochs des Kraftstoffinjektors sowie im Bereich des oder jedes Ventilsitzes infolge von Polymerisationsprozessen unerwünschte Ablagerungen ausbilden. Solchen unerwünschten Ablagerungen im Bereich des oder jedes Einspritzlochs des Kraftstoffinjektors muss entgegengewirkt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Otto-Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Otto-Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ragt der jeweilige Kraftstoffinjektor derart in den Brennraum des jeweiligen Zylinders hinein, dass eine an dem oder jedem Spritzloch herrschende Temperatur kleiner als eine Grenztemperatur ist, wobei die Grenztemperatur zwischen einer ersten Temperatur, bei welcher 60% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt, und einer zweiten Temperatur, bei welcher 85% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt, liegt.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird eine definierte Positionierung des Kraftstoffinjektors im Zylinderkopf vorgeschlagen, nämlich derart, dass der jeweilige Kraftstoffinjektor in den Brennraum des jeweiligen Zylinders hineinragt, sodass sich an dem oder jedem Spritzloch des Kraftstoffinjektors eine definierte Temperatur einstellt, die kleiner als eine vorgegebene Grenztemperatur ist. Diese Grenztemperatur liegt zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, wobei bei der ersten Temperatur 60% verdampfter Kraftstoffanteil und bei der zweiten Temperatur 85% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt.
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Hiermit kann vermieden werden, dass sich im Bereich des Spritzlochs des oder jedes Einspritzlochs sowie im Bereich des oder jedes Ventilsitzes des jeweiligen Kraftstoffinjektors unerwünschte Ablagerungen infolge einer nur teilweisen Kraftstoffverbrennung ausbilden.
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Vorzugsweise liegt die Grenztemperatur zwischen einer ersten Temperatur, bei welcher 65%, insbesondere 70%, verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt, und der zweiten Temperatur, bei welcher 85% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ragt der jeweilige Kraftstoffinjektor derart in den Brennraum des jeweiligen Zylinders hinein, dass eine an dem oder jedem Stufenloch des oder jedes Einspritzlochs herrschende Temperatur möglichst groß ist, insbesondere zumindest der Temperatur entspricht, bei der 100% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt.
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Dann, wenn der Kraftstoffinjektor derart in den Brennraum des jeweiligen Zylinders hineinragt, das an dem oder jedem Stufenloch des oder jedes Einspritzlochs die Temperatur möglichst groß ist, insbesondere zumindest der Temperatur entspricht, bei der 100% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt, können auch im Bereich des oder jedes Stufenlochs unerwünschte Ablagerungen vermieden werden. Nach dieser vorteilhaften Weiterbildung wird demnach der Kraftstoffinjektor derart im Bereich des Zylinderkopfs positioniert, dass sowohl im Bereich des Spritzlochs des oder jedes Einspritzlochs als auch im Bereich des Stufenlochs des oder jedes Einspritzlochs eine definierte Temperatur im Betrieb der Otto-Brennkraftmaschine vorliegt.
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Bei einem fasenlosen Injektorschacht ist der jeweilige Kraftstoffinjektor derart in dem Injektorschacht angeordnet, dass eine Planfläche des Ventilsitzes gegenüber einer Brennraumbegrenzungsebene, in welche der Injektorschacht mündet, um ein definiertes Maß in den Brennraum hineinragt, wobei dieses Maß größer als 0 mm und kleiner oder gleich 5 mm ist. Bei einem angefasten Injektorschacht ist der jeweilige Kraftstoffinjektor derart in dem Injektorschacht angeordnet, dass eine Planfläche des Ventilsitzes gegenüber einem Phasengrund des Injektorschacht um ein definiertes Maß vorsteht, wobei dieses Maß größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 7 mm ist. Die oben definierten Eindringtiefen des Kraftstoffinjektors in den Brennraum erlauben sowohl bei einem fasenlosen Injektorschacht als auch bei einem angefasten Injektorschacht die Einstellung der definierten Temperaturen an dem oder jedem Spritzloch des oder jedes Einspritzlochs sowie dem oder jedem Stufenloch des oder jedes Einspritzlochs des Kraftstoffinjektors.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Ausschnitt aus einer ersten erfindungsgemäßen Otto-Brennkraftmaschine im Bereich eines einem Zylinder zugeordneten Kraftstoffinjektors; und
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2 einen Ausschnitt aus einer zweiten erfindungsgemäßen Otto-Brennkraftmaschine im Bereich eines einem Zylinder zugeordneten Kraftstoffinjektors.
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Die Erfindung betrifft eine Otto-Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern. Jedem Zylinder ist ein Kraftstoffinjektor zugeordnet, über den Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder einspritzbar ist.
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1 und 2 zeigen jeweils einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Otto-Brennkraftmaschine im Bereich eines einem Zylinder zugeordneten Kraftstoffinjektors 10, wobei der Kraftstoffinjektor 10 in einem Injektorschacht 11 positioniert ist, der von einem Zylinderkopf 12 des Zylinders bereitgestellt ist. Der Injektorschacht 11, welcher den Kraftstoffinjektor 10 aufnimmt, mündet in eine vom Zylinderkopf 12 definierte Brennraumbegrenzungsebene 13, welche einen Brennraum 14 des jeweiligen Zylinders im Bereich des jeweiligen Kraftstoffinjektors 10 begrenzt.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist einen Ventilkörper 15 auf, der mit einem Ventilsitz 16 des Kraftstoffinjektors 10 zusammenwirkt. Dann, wenn der Ventilkörper 15 gegen den Ventilsitz 16 gedrückt ist, ist der Kraftstoffinjektor 10 geschlossen, sodass dann derselbe keinen Kraftstoff in den Brennraum 14 des Zylinders einspritzt. Dann hingegen, wenn der Ventilkörper 15 vom Ventilsitz 16 abgehoben ist, ist der Kraftstoffinjektor 10 geöffnet und kann Kraftstoff direkt in den Brennraum 14 des Zylinders einspritzen, nämlich über mindestens ein Einspritzloch 17.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kraftstoffinjektor 10 mehrere Einspritzlöcher 17 auf, die an einer sogenannten Lochplatte 18 des Kraftstoffinjektors ausgebildet sind, wobei die Lochplatte 18 gegenüber einer sogenannten Planfläche 19 des Kraftstoffinjektors 10, welche dem Brennraum 14 zugewandt ist.
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Jedes Einspritzloch 17 des Kraftstoffinjektors 10 verfügt über ein dem Ventilsitz 16 zugewandtes Spritzloch 20 mit einem relativ kleinen Durchmesser und ein vom Ventilsitz 16 abgewandtes Stufenloch 21 mit einem relativ großen Durchmesser, sodass demnach jedes Einspritzloch 17 eine abgestufte Kontur aufweist.
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Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist jeder Kraftstoffinjektor 10 derart im Zylinderkopf 12 positioniert, dass der jeweilige Kraftstoffinjektor 10 in den Brennraum 14 des jeweiligen Zylinders hineinragt, nämlich derart, dass sich an dem oder jedem Spritzloch 20 desselben eine Temperatur ausbildet, die kleiner als eine Grenztemperatur ist, wobei diese Grenztemperatur zwischen einer ersten Temperatur und einer zweiten Temperatur liegt, wobei bei der ersten Temperatur 60% verdampfter Kraftstoffanteil und bei der zweiten Temperatur 85% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt. Bei der Spritzlochtemperatur, die unterhalb der obigen Grenztemperatur liegen soll, handelt es sich um eine mittlere Spritzlochoberflächentemperatur an dem oder jedem Spritzloch 20.
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Die Grenztemperatur für die Spritzlochoberflächentemperatur liegt insbesondere zwischen einer ersten Temperatur, bei welcher 65% verdampfter Kraftstoffanteil, insbesondere 70% verdampfter Kraftstoffanteil, vorliegt und der zweiten Temperatur, bei welcher 85% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ragt der jeweilige Kraftstoffinjektor 10 derart in den Brennraum 14 des jeweiligen Zylinders hinein, dass nicht nur im Bereich des Spritzlochs 20 des oder jedes Einspritzlochs 17 die mittlere Spritzlochoberflächentemperatur kleiner als ein Grenzwert ist, sondern vielmehr darüber hinaus an dem Stufenloch 21 des oder jedes Einspritzlochs 17 eine möglichst große Temperatur herrscht, vorzugsweise zumindest die Temperatur, bei welcher 100% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt. Die Temperatur, bei welcher 100% verdampfter Kraftstoffanteil vorliegt, wird auch als Siedeende-Temperatur des Kraftstoffs bezeichnet.
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Nach der obigen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ragt der Kraftstoffinjektor 10 demnach derart in den Brennraum 14 des jeweiligen Zylinders herein, dass im Bereich des oder jedes Spritzlochs 20 die sich im Betrieb ausbildende Spritzlochtemperatur kleiner als der oben definierte Grenzwert ist, und dass im Bereich des oder jeden Stufenlochs 21 des Kraftstoffinjektors 10 die Temperatur, möglichst hoch, bevorzugt mindestens der Siedeende-Temperatur entspricht.
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Auf diese Art und Weise kann sowohl im Bereich des Spritzlochs 20 des oder jedes Einspritzlochs 17 sowie im Bereich des oder jedes Ventilsitzes 16 als auch im Bereich des Stufenlochs 21 des oder jedes Einspritzlochs 17 einer unerwünschten Kraftstoffablagerung effektiv entgegengewirkt werden.
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Die obigen Temperaturen, also die erste Temperatur, die zweite Temperatur und die Siedeende-Temperatur, sind auf eine Verdampfungskurve eines Super-Plus-Kraftstoffs nach DIN EN 228 insbesondere in Winterqualität bezogen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem der Kraftstoffinjektor 10 in einem fasenlosen Injektorschacht 11 positioniert ist. Dabei ragt der Kraftstoffinjektor 10 derart in den Brennraum 14 hinein, dass die Planfläche 19 gegenüber der Brennraumbegrenzungsebene 13 um ein definiertes Maß Δ1 vorsteht, wobei dieses Maß Δ1 bei einem fasenlosen Injektorschacht 11 größer 0 mm und kleiner oder gleich 5 mm ist. Es gilt dann: 0 mm < Δ1 ≤ 5 mm.
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Bevorzugt ist dieses Maß Δ1 bei einem fasenlosen Injektorschacht größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 4 mm (1 mm ≤ Δ1 ≤ 4 mm).
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Besonders bevorzugt ist dieses Maß Δ1 größer oder gleich 2,5 mm und kleiner oder gleich 4 mm (2,5 mm ≤ Δ1 ≤ 4 mm).
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2 zeigt demgegenüber ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Injektorschacht 11 eine Fase 22 aufweist. Bei einem solchen angefasten Injektorschacht 11 ist der Kraftstoffinjektor 10 derart im Injektorschacht 11 angeordnet, dass die Planfläche 19 gegenüber einem Fasengrund 23 um ein definiertes Maß Δ2 vorsteht, wobei dieses Maß Δ2 größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 7 mm ist. Es gilt dann: 1 mm ≤ Δ2 ≤ 7 mm.
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Bevorzugt ist Δ2 größer oder gleich 1,5 mm und kleiner oder gleich 6 mm (1,5 mm ≤ Δ2 ≤ 6 mm).
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Besonders bevorzugt ist Δ2 größer oder gleich 3,5 mm und kleiner oder gleich 6 mm (3,5 mm ≤ Δ2 ≤ 6 mm).
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Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bei einer Otto-Brennkraftmaschine Kraftstoffinjektoren 10 derart im Zylinderkopf zu positionieren, dass die Kraftstoffinjektoren 10 definiert in den Brennraum 14 des jeweiligen Zylinders hineinragen, sodass sich zumindest an dem Spritzloch 20 des oder jedes Einspritzlochs 17 des jeweiligen Kraftstoffinjektors 10 im Betrieb eine definierte Temperatur ausbildet, die kleiner als eine definierte Grenztemperatur ist, und dass sich darüber hinaus vorzugsweise auch an dem Stufenloch 21 des oder jedes Einspritzlochs 17 eine definierte Temperatur ausbildet, die vorzugsweise möglichst groß ist.
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Bei den Temperaturen an Spritzloch 20 und Stufenloch 21 handelt es sich vorzugsweise jeweils um mittlere Oberflächentemperaturen derselben.
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Hiermit kann der Ablagerungsausbildung von Kraftstoffrückständen an den Einspritzlöchern 17 des Kraftstoffinjektors 10 sowie im Bereich des oder jedes Ventilsitzes 16 effektiv entgegengewirkt werden. Hiermit können Partikelemissionen reduziert werden, insbesondere die Verschlechterung der Partikelemissionen über Laufzeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10261185 A1 [0002, 0002]
- DE 10122350 B4 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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