DE102014016127A1

DE102014016127A1 - Brennkraftmaschine, Vorkammereinsatz und Kraftstoffinjektor

Info

Publication number: DE102014016127A1
Application number: DE102014016127.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bär
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-04
Also published as: WO2016066365A1; CN107110003A; JP2017534016A; US20170328266A1; KR101973301B1; KR20170071570A; JP6483821B2; CN107110003B; EP3212909A1

Abstract

Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einem Zylinder (11), wobei der oder jede Zylinder eine Hauptbrennkammer (14) zur Verbrennung von Kraftstoff im jeweiligen Zylinder (11) umfasst, wobei an einem Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders zwischen Gaswechselventilen (13) des jeweiligen Zylinders eine der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienende Baugruppe (15) derart montiert ist, dass die Baugruppe (15) in eine Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders eingesetzt und gegenüber derselben abgedichtet ist, wobei ein in die Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders (11) eingesetzter Abschnitt (20) der jeweiligen Baugruppe (15) im Querschnitt oval konturiert ist, und wobei eine im Dichtungsbereich liegende Begrenzungsfläche (21) dieses Abschnitts (20) der jeweiligen Baugruppe (15) in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Vorkammereinsatz für einen Gasmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und einen Kraftstoffinjektor für einen Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Aus der DE 10 2012 203 700 A1 ist eine als Gasmotor ausgebildete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder bekannt. Der jeweilige Zylinder des Gasmotors verfügt über eine Hauptbrennkammer und eine Vorkammer, wobei die Vorkammer von einem Vorkammereinsatz bereitgestellt wird. Der Vorkammereinsatz wird auch als Vorkammerhalterung bezeichnet. Nach der DE 10 2012 203 700 A1 stellt der Vorkammereinsatz die Vorkammer bereit, weiterhin nimmt der Vorkammereinsatz für die Gaszuführung und Gaszündung relevante Baugruppen auf. Zu den der Gaszuführung dienenden Baugruppen zählt ein Rückschlagventil, zu den für die Gaszündung relevanten Baugruppen zählt eine Zündkerze. Der Vorkammereinsatz ist nach der DE 10 2012 203 700 A1 an einem Zylinderkopf des jeweiligen Zylinders zwischen Gaswechselventilen des jeweiligen Zylinders montiert, wobei der Vorkammereinsatz in einer Ausnehmung im Zylinderkopf des jeweiligen Zylinders eingesetzt und gegenüber dem Zylinderkopf abgedichtet ist. Bei aus der Praxis bekannten Gasmotoren verfügt der Vorkammereinsatz über eine zylindrische Gestalt und demnach über eine im Querschnitt kreisrunde Kontur.
Dann, wenn der zwischen den Gaswechselventilen zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist, bereitet die Anordnung des Vorkammereinsatzes am Zylinderkopf Schwierigkeiten. Insbesondere ist es dann nicht möglich, das Rückschlagventil mit minimalem Abstand zur Vorkammer anzuordnen, sodass dann das Rückschlagventil mit größerem Abstand zur Vorkammer positioniert werden muss, wodurch eine relative lange gasführende Bohrung zwischen Rückschlagventil und Vorkammer erforderlich wird. Dadurch können sich Schwingungen in der Gassäule dieser Bohrung ausbilden, die eine genaue Zudosierung von Gas in die Vorkammer erschweren bzw. unmöglich machen.
Ähnlich Probleme bestehen auch bei anderen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren, bei welchen der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienende Baugruppen, insbesondere Kraftstoffinjektoren, am Zylinderkopf der Zylinder zu montieren sind.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Brennkraftmaschine wie einen Gasmotor, einen neuartigen Vorkammereinsatz für einen Gasmotor und einen neuartigen Kraftstoffinjektor für einen Dieselmotor zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist ein in die Ausnehmung im Zylinderkopf des jeweiligen Zylinders eingesetzter Abschnitt der jeweiligen Baugruppe, die der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dient, im Querschnitt oval konturiert ist, wobei eine im Dichtungsbereich liegende Begrenzungsfläche dieses Abschnitts der jeweiligen Baugruppe in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienende Baugruppe an dem Abschnitt, über welchen dieselbe in die Ausnehmung im Zylinderkopf eingesetzt ist, im Querschnitt nicht mehr kreisrund sondern vielmehr erfindungsgemäß oval zu konturieren. Hierdurch ist es möglich, den am Zylinderkopf zur Verfügung stehenden Bauraum besser auszunutzen. Dadurch, dass im Dichtungsbereich der der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienenden Baugruppe die Begrenzungsfläche, die im Querschnitt oval konturiert ist, in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt ist, ist eine uneingeschränkte Abdichtung der Baugruppe gegenüber dem Zylinderkopf realisierbar.
Bei einer als Vorkammereinsatz ausgebildeten, der Kraftstoffzuführung und der Kraftstoffzündung dienenden Baugruppe ist es möglich, das Rückschlagventil mit minimalem Abstand zur Vorkammer zu positionieren, sodass eine zwischen dem Rückschlagventil und der Vorkammer verlaufende, kraftstoffführende Leitung mit minimaler Länge und demnach minimalem Volumen ausgeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Kraftstoffdosierung genauer zu bewerkstelligen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung trägt die jeweilige der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienende Baugruppe an der im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche axial versetzte Dichtungen, nämlich eine untere, der Hauptbrennkammer zugewandte, Dichtung und eine obere, von der Hauptbrennkammer abgewandte, Dichtung. Die Dichtungen erlauben eine gute Abdichtung der der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienenden Baugruppe im Zylinderkopf.
Dann, wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor und die jeweilige Baugruppe als Vorkammereinsatz ausgebildet, ist ein der Gasführung dienendes Rückschlagventil des Vorkammereinsatzes seitlich neben einer der Gaszündung dienenden Zündkerze des Vorkammereinsatzes derart oberhalb einer Vorkammer des Vorkammereinsatzes im Vorkammereinsatz aufgenommen, dass das Rückschlagventil unterhalb der unteren Dichtung positioniert ist. Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung mündet dann eine der Gasführung dienende Gaszuführbohrung, über die Gas in Richtung auf die Vorkammer des jeweiligen Vorkammereinsatzes leitbar ist, an der Begrenzungsfläche im Dichtungsbereich zwischen der unteren Dichtung und der oberen Dichtung. Hiermit sind eine optimale Dichtung des Vorkammereinsatzes gegenüber dem Zylinderkopf und eine optimale Ausnutzung des am Zylinderkopf zur Verfügung stehenden Bauraums gewährleistet.
Der erfindungsgemäße Vorkammereinsatz ist in Anspruch 7 und der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor ist in Anspruch 10 definiert.
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:
1: einen Querschnitt durch einen Zylinder einer erfindungsgemäßen, als Gasmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine im Bereich eines Vorkammereinsatzes des Zylinders;
2: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Vorkammereinsatz des Gasmotors der 1; und
3: eine perspektivische Ansicht des Vorkammereinsatzes.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine vorzugsweise als Gasmotor ausgebildete Brennkraftmaschine und einen Vorkammereinsatz für einen Gasmotor. Die Erfindung kann auch bei anderen Brennkraftmaschinen wie Dieselmotoren insbesondere im Bereich von Kraftstoffinjektoren der Dieselmotoren genutzt werden. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3 für den bevorzugten Anwendungsfall eines Gasmotors und eines Vorkammereinsatzes für einen Gasmotor beschrieben.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gasmotor 10 im Bereich eines Zylinders 11 des Gasmotors 10, wobei vom Zylinder 11 ein Zylinderkopf 12 gezeigt ist. Im Bereich des Zylinderkopfs 12 sind Gaswechselventile 13 ausgebildet, die, ausgehend von einer Nockenwelle, geöffnet und geschlossen werden können. Der Zylinderkopf 12 begrenzt unten zumindest abschnittsweise eine Hauptbrennkammer 14 des jeweiligen Zylinders 11. Dem Zylinder 11 des Gasmotors 10 ist ein Vorkammereinsatz 15 zugeordnet, der eine Vorkammer 16 für den Zylinder 11 ausbildet und ferner für die Gaszuführung und für die Gaszündung relevante Baugruppen trägt. In 2 und 3 ist der Vorkammereinsatz 15 jeweils in Alleindarstellung gezeigt. Zu den für die Gasführung relevanten Baugruppen des Vorkammereinsatzes 15 zählt ein Rückschlagventil 17, wobei zu den für die Gaszündung relevanten Baugruppen des Vorkammereinsatzes 15 eine Zündkerze 18 zählt.
Der Vorkammereinsatz 15 ist am Zylinderkopf 12 des Zylinders 11 des Gasmotors 10 derart montiert, dass der Vorkammereinsatz 15 in eine Ausnehmung 19 im Zylinderkopf 12 des jeweiligen Zylinders 11 eingesetzt und gegenüber dem Zylinderkopf 12 abgedichtet ist, wobei der Vorkammereinsatz 19 am Zylinderkopf 12 im Bereich zwischen den Gaswechselventilen 13 des jeweiligen Zylinders 11 des Gasmotors 10 Aufnahme findet.
Im Sinne der Erfindung ist ein in die Ausnehmung 19 des Zylinderkopfs 12 eingesetzter Abschnitt 20 des Vorkammereinsatzes 15 im Querschnitt oval konturiert, wobei die im Dichtbereich zwischen Vorkammereinsatz 15 und Zylinderkopf 12 liegende Begrenzungsfläche 21 dieses Abschnitts 20 des Vorkammereinsatzes 15 in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist (siehe insbesondere 2).
Durch die ovale Konturierung des in die Ausnehmung 19 des Zylinderkopfs 12 hineinragenden Abschnitts 20 des Vorkammereinsatzes 15 kann der am Zylinderkopf 12 zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden, insbesondere kann das Rückschlagventil 17 des Vorkammereinsatzes 15 mit geringem Abstand zur Vorkammer 16 des Vorkammereinsatzes 15 positioniert werden, sodass eine sich zwischen dem Rückschlagventil 17 und der Vorkammer 16 erstreckende, der Gasführung dienende Bohrung 22 des Vorkammereinsatzes 15 mit minimaler Länge und demnach minimalem Volumen ausgeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, Gas hochgenau in die Vorkammer 16 des Vorkammereinsatzes 15 einzubringen.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, trägt der Vorkammereinsatz 15 an der im Dichtbereich zwischen dem Vorkammereinsatz 15 und dem Zylinderkopf 12 liegenden Begrenzungsfläche 21 axial versetzte Dichtungen 23 und 24, nämlich eine untere, der Hauptbrennkammer 14 zugewandte Dichtung 24 und eine obere, von der Hauptbrennkammer 14 abgewandte Dichtung 23. Hierdurch ist eine optimale Abdichtung des Vorkammereinsatzes 15 in der Ausnehmung 19 des Zylinderkopfs 12 möglich.
Bei diesen Dichtungen 23 und 24 handelt es sich vorzugsweise um O-Ring-Dichtungen oder alternativ um Formdichtungen.
Das der Gasführung dienende Rückschlagventil 15 des Vorkammereinsatzes 15 ist gemäß 3 seitlich neben Zündkerze 18 des Vorkammereinsatzes 15, die der Gaszündung dient, und oberhalb der Vorkammer 16 des Vorkammereinsatzes 15 in dem Vorkammereinsatz 15 aufgenommen, nämlich unterhalb der unteren Dichtung 24.
Eine der Gasführung dienende Gaszuführbohrung 25 mündet mit einer Ausnehmung bzw. Öffnung 26 an der im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche 21 des Vorkammereinsatzes 15 zwischen den beiden Dichtungen 23 und 24.
An Dieselmotoren können auf analoge Art und Weise Kraftstoffinjektoren ausgestaltet sein.
Ein solcher Kraftstoffinjektor ist an einem Zylinderkopf eines Zylinders des Dieselmotors derart montierbar ist, dass der Kraftstoffinjektor, insbesondere eine Injektorhülse desselben, in eine Ausnehmung im Zylinderkopf des Zylinders einsetzbar und gegenüber derselben abgedichtet ist. Dabei ist dann ein in die Ausnehmung im Zylinderkopf des Zylinders einsetzbarer Abschnitt des Kraftstoffinjektors, insbesondere der Injektorhülse, im Querschnitt oval konturiert, wobei eine im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche dieses Abschnitts des Kraftstoffinjektors, insbesondere der Injektorhülse, in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine/Gasmotor
11: Zylinder
12: Zylinderkopf
13: Gaswechselventil
14: Hauptbrennkammer
15: Baugruppe/Vorkammereinsatz
16: Vorkammer
17: Rückschlagventil
18: Zündkerze
19: Ausnehmung
20: Abschnitt
21: Begrenzungsfläche
22: Bohrung
23: Dichtung
24: Dichtung
25: Bohrung
26: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012203700 A1 [0002, 0002, 0002]

Claims

Brennkraftmaschine (10), mit mindestens einem Zylinder (11), wobei der oder jeder Zylinder (11) eine Hauptbrennkammer (14) zur Verbrennung von Kraftstoff im jeweiligen Zylinder (11) umfasst, wobei an einem Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders (11) zwischen Gaswechselventilen (13) des jeweiligen Zylinders (11) eine der Kraftstoffzuführung und/oder der Kraftstoffzündung dienende Baugruppe (15) derart montiert ist, dass die Baugruppe (15) in eine Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders (11) eingesetzt und gegenüber derselben abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) des jeweiligen Zylinders (11) eingesetzter Abschnitt (20) der jeweiligen Baugruppe (15) im Querschnitt oval konturiert ist, wobei eine im Dichtungsbereich liegende Begrenzungsfläche (21) dieses Abschnitts (20) der jeweiligen Baugruppe (15) in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Baugruppe (15) an der im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche (21) axial versetzte Dichtungen (23, 24) trägt, nämlich eine untere, der Hauptbrennkammer (14) zugewandte Dichtung (24) und eine obere, von der Hauptbrennkammer (14) abgewandte Dichtung (23).
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (23, 24) als O-Ring-Dichtungen ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) als Gasmotor und die jeweilige Baugruppe (15) als Vorkammereinsatz ausgebildet ist, wobei ein der Gasführung dienendes Rückschlagventil (17) des Vorkammereinsatzes (15) seitlich neben einer der Gaszündung dienenden Zündkerze (18) des Vorkammereinsatzes (15) derart oberhalb einer Vorkammer (16) im jeweiligen Vorkammereinsatz (15) aufgenommen ist, dass das Rückschlagventil (17) unterhalb der unteren Dichtung (24) positioniert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gasführung dienende Gaszuführbohrung (25), über die Gas in Richtung aus die Vorkammer (16) leitbar ist, an der Begrenzungsfläche (21) im Dichtungsbereich zwischen der unteren Dichtung (24) und der oberen Dichtung (23) mündet.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (10) als Dieselmotor und die jeweilige Baugruppe (15) als Kraftstoffinjektor ausgebildet ist.
Vorkammereinsatz (15) für einen Gasmotor, der eine Vorkammer (16) ausbildet, der weiterhin für die Gasführung und Gaszündung relevante Baugruppen trägt, und der an einem Zylinderkopf (12) eines Zylinders (11) des Gasmotors zwischen Gaswechselventilen (13) des Zylinders (11) derart montierbar ist, dass der Vorkammereinsatz (15) in eine Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) des Zylinders (11) einsetzbar und gegenüber derselben abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Ausnehmung (19) im Zylinderkopf (12) einsetzbarer Abschnitt (20) des Vorkammereinsatzes (15) im Querschnitt oval konturiert ist, wobei eine im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche (21) dieses Abschnitts (20) des Vorkammereinsatzes (15) in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.
Vorkammereinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe an der im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche (21) axial versetzte Dichtungen trägt, nämlich eine untere Dichtung (24) und eine obere Dichtung (23), wobei ein der Gasführung dienendes Rückschlagventil (17) seitlich neben einer der Gaszündung dienenden Zündkerze (18) derart oberhalb der Vorkammer (16) im Vorkammereinsatz (15) aufgenommen ist, dass das Rückschlagventil (17) zur Minimierung des Abstands zwischen Rückschlagventil (17) und Vorkammer (16) unterhalb der unteren Dichtung (24) positioniert ist.
Vorkammereinsatz nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszuführbohrung (25), über die Gas in Richtung aus die Vorkammer (16) des Vorkammereinsatzes (15) leitbar ist, an der Begrenzungsfläche im Dichtungsbereich zwischen der unteren Dichtung (24) und der oberen Dichtung (23) mündet.
Kraftstoffinjektor für einen Dieselmotor, wobei der Kraftstoffinjektor an einem Zylinderkopf eines Zylinders des Dieselmotors derart montierbar ist, dass der Kraftstoffinjektor in eine Ausnehmung im Zylinderkopf des Zylinders einsetzbar und gegenüber derselben abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Ausnehmung im Zylinderkopf des Zylinders einsetzbarer Abschnitt des Kraftstoffinjektors im Querschnitt oval konturiert ist, wobei eine im Dichtungsbereich liegenden Begrenzungsfläche dieses Abschnitts des Kraftstoffinjektors in Umfangsrichtung durchgehend konvex nach außen gewölbt konturiert ist.