DE102015113805A1 - Cylinder head for an internal combustion engine with fuel injection - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, bei dem in seinem Brennraumdeckel (1) im Wesentlichen in einem zentralen Bereich bezogen auf die Zylinderbohrung (Z) zumindest eine Zündkerze (5) und zumindest eine Einspritzdüse (4) von mit Kühlwasser durchströmten Kanälen (7, 8) im Wesentlichen umgeben nebeneinander liegend angeordnet sind, wobei Zündkerze (5) und Einspritzdüse (4) in axialer Richtung bezogen auf die Zylinderbohrung (Z) im Brennraumdeckel (1) versetzt zueinander angeordnet sind.The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with fuel injection, wherein in its combustion chamber cover (1) substantially in a central region relative to the cylinder bore (Z) at least one spark plug (5) and at least one injection nozzle (4) of channels through which cooling water flows (7, 8) are arranged substantially adjacent to each other lying, wherein the spark plug (5) and injection nozzle (4) in the axial direction relative to the cylinder bore (Z) in the combustion chamber cover (1) are arranged offset to one another.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, bei dem in seinem Brennraumdeckel im Wesentlichen in einem zentralen Bereich bezogen auf die Zylinderbohrung zumindest eine Zündkerze und zumindest eine Einspritzdüse von mit Kühlwasser durchströmten Kanälen im Wesentlichen umgeben nebeneinander liegend angeordnet sind. The invention relates to a cylinder head for an internal combustion engine with fuel injection, wherein in its combustion chamber cover substantially in a central region relative to the cylinder bore at least one spark plug and at least one injection nozzle of channels traversed by cooling water are arranged substantially adjacent to each other.
  • Anordnung und Lage von Einspritzdüse und Zündkerze im Brennraumdeckel eines Zylinderkopfs kommt für den Ablauf des Verbrennungsvorgangs entscheidende Bedeutung zu. Ihre Anordnung ist zusammen mit der Anordnung der Ein- und Auslassventile maßgeblich von der Zylinderbohrung bestimmt. Entsprechend wird davon Anordnung und Querschnitte der vom Kühlwasser durchströmten Kanäle im Zylinderkopf bzw. im Brennraumdach bestimmt. Mit dem Trend zu kleineren Abmessungen von Zylindern bzw. Kolben bei gleichzeitig hoher Aufladung ist ein deutlicher Anstieg der Temperaturen im Bereich von Zündkerze und Einspritzdüse verbunden mit einer entsprechend hohen thermischen Belastung festzustellen, was u.U. negative Auswirkungen auf die Betriebsfestigkeit vom Zylinderkopf mit sich bringen kann. Arrangement and position of injector and spark plug in the combustion chamber cover of a cylinder head is crucial for the course of the combustion process. Their arrangement is determined together with the arrangement of the intake and exhaust valves significantly from the cylinder bore. Accordingly, the arrangement and cross sections of the channels through which the cooling water flows are determined in the cylinder head or in the combustion chamber roof. With the trend towards smaller dimensions of cylinders or pistons with high charge at the same time, a significant increase in the temperatures in the region of the spark plug and the injection nozzle is associated with a correspondingly high thermal load, which may be the case. negative impact on the durability of the cylinder head.
  • Dementsprechend ist der Kühlung in diesem Bereich besondere Aufmerksamkeit entgegenzubringen. Accordingly, the cooling in this area must be given special attention.
  • Aus der DE 699 24 432 T2 ist es bekannt, eine bessere Temperaturverteilung im Zylinderkopf dadurch zu erreichen, dass die Einspritzdüse den Einlassventilen und die Zündkerze entsprechend den Auslassventilen zugeordnet und mit deutlicher Schrägstellung zueinander positioniert werden. Zusätzlich soll die Elektrode der Zündkerze auf einer höheren Position zum Brennraum angeordnet sein als der Auslass der Einspritzdüse. Damit soll mehr Raum für den Einspritzdüse und Zündkerze umspülenden Wassermantel im Brennraumdeckel des Zylinderkopfs zur Verfügung gestellt werden. From the DE 699 24 432 T2 It is known to achieve a better temperature distribution in the cylinder head, characterized in that the injection nozzle associated with the intake valves and the spark plug according to the exhaust valves and positioned with a significant inclination to each other. In addition, the electrode of the spark plug should be arranged at a higher position to the combustion chamber than the outlet of the injection nozzle. This is intended to make more space available for the injection nozzle and spark plug surrounding water jacket in the combustion chamber cover of the cylinder head.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung anzubieten, bei der mit geringem Aufwand eine deutlich verbesserte Kühlwirkung im Bereich des Zylinderkopfs und insbesondere im Bereich von Zündkerze und Einspritzdüse erreichbar und die thermische Belastung um die Einspritzdüse reduziert ist. The aim of the present invention is to offer a cylinder head for an internal combustion engine with fuel injection, which can be achieved with little effort a significantly improved cooling effect in the region of the cylinder head and in particular in the range of spark plug and injector and the thermal load is reduced to the injection nozzle.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass bei geometrisch unveränderter Positionierung von Zündkerze und Einspritzdüse im Brennraumdeckel ein Bereich in Wesentlichen radial um die Zündkerze und/oder Einspritzdüse ausgespart ist. Mit anderen Worten rundumläuft der abgesetzte Bereich die Zündkerze und/oder Einspritzdüse. Durch den Versatz in Axial-Richtung der Zylinderbohrung kommt es zu einer optimalen Kühlung der Zone um die Zündkerze und/oder Einspritzdüse. Bei den hochwärmeleitenden Legierungen, die aktuell für insbesondere Hochleistungsmotoren verwendet werden, ist dies von zusätzlichem Vorteil. Ferner führt der Versatz zu einer Art thermo-mechanischer Entkopplung zwischen Zündkerze und Einspritzdüse. Mit dieser Maßnahme werden zusätzlich thermo-mechanische Belastungen im Steg zwischen Einspritzdüse und Einlass-Sitzring deutlich reduziert. This object is achieved according to the invention in that with geometrically unchanged positioning of the spark plug and the injection nozzle in the combustion chamber lid, a region is recessed substantially radially to the spark plug and / or injection nozzle. In other words, the recessed area surrounds the spark plug and / or injection nozzle. The offset in the axial direction of the cylinder bore results in optimum cooling of the zone around the spark plug and / or injection nozzle. This is an additional advantage for the high-heat-conducting alloys that are currently used for particularly high-performance engines. Furthermore, the offset leads to a kind of thermo-mechanical decoupling between the spark plug and the injection nozzle. With this measure, additional thermo-mechanical loads in the web between injector and inlet seat ring are significantly reduced.
  • Vorzugsweise umgibt der abgesetzte Bereich Einspritzdüse und/oder Zündkerze rundumlaufend. The offset region preferably surrounds the injection nozzle and / or the spark plug all around.
  • Durch diesen abgesetzten Bereich sind die wasserführenden Kanäle zur Kühlung der Zündkerze bzw. der Einspritzdüse unmittelbar näher angeordnet als in dem nicht abgesetzten Bereich im Brennraumdeckel und sorgen damit für optimale Kühlung. Through this remote area, the water-carrying channels for cooling the spark plug and the injection nozzle are arranged directly closer than in the non-remote area in the combustion chamber lid and thus ensure optimum cooling.
  • Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels mit seinen Merkmalen, Einzelheiten und Besonderheiten in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung beschrieben. The object of the invention will be described below with reference to an embodiment with its features, details and features in conjunction with the figures of the drawing.
  • Es zeigt: It shows:
  • 1 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung von Ein- und Auslassventilen, Einspritzdüse und Zündkerze am Brennraumdeckel eines Zylinderkopfs nach der Erfindung; 1 a schematic plan view of the arrangement of intake and exhaust valves, injector and spark plug on the combustion chamber cover of a cylinder head according to the invention;
  • 2 eine seitliche Ansicht auf die Anordnung von Einspritzdüse und Zündkerze beim Gegenstand der Erfindung und 2 a side view of the arrangement of the injection nozzle and the spark plug in the subject invention and
  • 3 die Anordnung der Kanäle für den Kühlwassermantel im Bereich des nichtabgesetzten Teils im Brennraumdeckel eines Zylinderkopfs nach der Erfindung. 3 the arrangement of the channels for the cooling water jacket in the region of the non-deposited part in the combustion chamber cover of a cylinder head according to the invention.
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Brennraumdeckel 1 eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung. Im Brennraumdeckel 1 sind Aufnahmen für zwei Auslasskanäle 2.1 und 2.2 und für zwei Einlasskanäle 3.1 und 3.2 angeordnet. Mittig zwischen Einlass- bzw. Auslasskanälen bzw. im Wesentlichen im zentralen Bereich bezogen auf die Zylinderbohrung (schematisch dargestellt mit der axialen Mittellinie Z) sind eine Einspritzdüse 4 für die Einspritzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs in dem Brennraum der Brennkraftmaschine und eine Zündkerze 5 angeordnet. Wie bereits in 1 erkennbar, ist die Aufnahmeöffnung für die Einspritzdüse 4 in Bezug auf die Aufnahmeöffnung für die Zündkerze 5 höhenversetzt zueinander angeordnet; die Zündkerze 5 liegt tiefer als die Aufnahme für die Einspritzdüse 4. 1 shows a plan view of a combustion chamber lid 1 a cylinder head of an internal combustion engine with fuel injection. In the combustion chamber lid 1 are recordings for two outlet channels 2.1 and 2.2 and for two intake channels 3.1 and 3.2 arranged. Centered between inlet and outlet channels or substantially in the central region relative to the cylinder bore (shown schematically with the axial center line Z) are an injection nozzle 4 for the injection of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the internal combustion engine and a spark plug 5 arranged. As already in 1 recognizable, is the receiving opening for the injection nozzle 4 with respect to the spark plug receiving hole 5 arranged offset in height to each other; the spark plug 5 is lower than the intake for the injector 4 ,
  • Dies wird in der Darstellung nach 2 deutlich anhand der gestrichelten Linie A-B, die den Versatz der Lage der Einspritzdüse 4 zur Lage der Zündkerze 5 zeigt. This is reflected in the illustration 2 clearly indicated by the dashed line AB, which indicates the offset of the position of the injector 4 to the position of the spark plug 5 shows.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die Aufnahme für die Zündkerze 5 in einem gegenüber der Einspritzdüse 4 bzw. deren Aufnahme im Brennraumdeckel deutlich abgesetzten Bereich 6 positioniert. Dieser abgesetzte Bereich 6 führt zu einer optimalen Kühlung der Zone um die Zündkerze herum. Weiter ist es möglich durch den Versatz eine geometrische Entkopplung zwischen dem für gewöhnlich deutlich wärmeren Bereich der Zündkerze und der Einspritzdüse bereitzustellen. Diese geometrische Entkopplung führt zu einer deutlichen Reduzierung der thermo-mechanischen Belastung in dem Steg zischen Einspritzdüse und Einlass-Sitzring (9). In the embodiment, the receptacle for the spark plug 5 in one opposite the injection nozzle 4 or their inclusion in the combustion chamber lid clearly remote area 6 positioned. This remote area 6 leads to optimal cooling of the zone around the spark plug. Further, it is possible by the offset to provide a geometric decoupling between the usually much warmer region of the spark plug and the injection nozzle. This geometric decoupling leads to a significant reduction in the thermo-mechanical load in the web hiss injector and inlet seat ring ( 9 ).
  • In 3 ist in einer Schnittdarstellung der Bereich der Zylinderkerze 5 bzw. der Aufnahme für die Zylinderkerze 5 dargestellt. Im Brennraumdeckel 1 sind Kanäle 7 und 8 zum im Wesentlichen vollständigen Umspülen von Einspritzdüse 4 und Zündkerze 5 mit Kühlwasser angeordnet. Durch die versetzte Anordnung von Einspritzdüse und Zündkerze 5 und die Bildung des abgesetzten Bereiches 6 zwischen den Aufnahmen für Zündkerze bzw. Einspritzdüse ist es möglich, die Kühlwasserkanäle 7 bzw. 8 bei im Wesentlichen gleichbleibender geometrischer Lage, für eine optimale Kühlung im Bereich der Zündkerze 5 zu sorgen. In 3 is in a sectional view of the area of the cylinder candle 5 or the receptacle for the cylinder candle 5 shown. In the combustion chamber lid 1 are channels 7 and 8th for substantially complete flushing of the injection nozzle 4 and spark plug 5 arranged with cooling water. Due to the staggered arrangement of injector and spark plug 5 and the formation of the remote area 6 between the shots for spark plug or injector, it is possible, the cooling water channels 7 respectively. 8th at a substantially constant geometric position, for optimum cooling in the area of the spark plug 5 to care.
  • Das Ausführungsbeispiel zeigt und beschreibt die höherliegende Anordnung der Einspritzdüse 4 gegenüber der Anordnung der Zündkerze 5 (bezogen auf die obere Wand der Brennkammer der Brennkraftmaschine). In Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen ist es denkbar, dass die Einspritzdüse 4 gegenüber der Zündkerze 5 unter Beibehaltung der sonstigen Merkmale des Erfindungsgegenstands tieferliegend angeordnet ist. The embodiment shows and describes the higher-lying arrangement of the injection nozzle 4 opposite to the arrangement of the spark plug 5 (relative to the upper wall of the combustion chamber of the internal combustion engine). Depending on the particular requirements, it is conceivable that the injection nozzle 4 opposite the spark plug 5 is arranged deeper while maintaining the other features of the subject invention.
  • Für den Fachmann versteht es sich von selbst, dass die erfinderische Anordnung bei jeglicher Ventilkonstellation und nicht nur bei einer Konstruktion mit zwei Einlass- und zwei Auslassventilen, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, angewendet werden kann. Und es versteht sich auch von selbst, dass auch Konstruktionen mit mehr als einer Einspritzdüse 4 und mehr als einer Zündkerze 5 entsprechend der erfinderischen Merkmale gestaltbar sind. It will be understood by those skilled in the art that the inventive arrangement can be applied to any valve configuration, not just a dual intake and two exhaust valve design, as described in the exemplary embodiment. And it goes without saying that even designs with more than one injector 4 and more than a spark plug 5 can be designed according to the inventive features.
  • BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Z Z
    axiale Mittellinie Zylinder/Kolben axial centerline cylinder / piston
    A-B FROM
    Linie zur Darstellung des Versatzes Einspritzdüse-Zündkerze Line showing the offset of the injector spark plug
    1 1
    Brennraumdeckel Combustion chamber cover
    2.1 2.1
    Auslassventil outlet valve
    2.2 2.2
    Auslassventil outlet valve
    3.1 3.1
    Einlassventil intake valve
    3.2 3.2
    Einlassventil intake valve
    4 4
    Einspritzdüse injection
    5 5
    Zündkerze spark plug
    6 6
    abgesetzter Bereich (Nut) stepped area (groove)
    7, 8 7, 8
    Kühlwasserkanäle Cooling water passages
    9 9
    Steg zwischen Einspritzdüse und Einlass-Sitzring Bar between injection nozzle and inlet seat ring
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte PatentliteraturCited patent literature
    • DE 69924432 T2 [0004] DE 69924432 T2 [0004]

Claims (7)

  1. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung, bei dem in seinem Brennraumdeckel (1) im Wesentlichen in einem zentralen Bereich bezogen auf die Zylinderbohrung (Z) zumindest eine Zündkerze (5) und zumindest eine Einspritzdüse (4) von mit Kühlwasser durchströmten Kanälen (7, 8) im Wesentlichen umgeben nebeneinander liegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Zündkerze (5) und Einspritzdüse (4) in Axial-Richtung der Zylinderbohrung (Z) im Brennraumdeckel (1) versetzt zueinander angeordnet sind. Cylinder head for an internal combustion engine with fuel injection, in which in its combustion chamber cover ( 1 ) substantially in a central region relative to the cylinder bore (Z) at least one spark plug ( 5 ) and at least one injection nozzle ( 4 ) of channels through which cooling water flows ( 7 . 8th ) are arranged substantially adjacent to one another, characterized in that spark plug ( 5 ) and injection nozzle ( 4 ) in the axial direction of the cylinder bore (Z) in the combustion chamber cover ( 1 ) are offset from one another.
  2. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich um die Zündkerze (5) im Brennraumdeckel (1) ausgespart ist. Cylinder head for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that an area around the spark plug ( 5 ) in the combustion chamber lid ( 1 ) is omitted.
  3. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich um die Einspritzdüse (4) im Brennraumdeckel (1) ausgespart ist. Cylinder head for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that an area around the injection nozzle ( 4 ) in the combustion chamber lid ( 1 ) is omitted.
  4. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (5) und/oder die Einspritzdüse (4) in einem abgesetzten Bereich (6) im Brennraumdeckel (1) angeordnet ist. Cylinder head for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the spark plug ( 5 ) and / or the injection nozzle ( 4 ) in a remote area ( 6 ) in the combustion chamber lid ( 1 ) is arranged.
  5. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der abgesetzte Bereich die Einspritzdüse (4) und/oder die Zündkerze (5) rundumlaufend umgibt. Cylinder head for an internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the remote region of the injection nozzle ( 4 ) and / or the spark plug ( 5 ) surrounds all around.
  6. Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wasserführende Kanäle (7, 8) bis in den nicht abgesetzten Bereich im Brennraumdeckel (1) zum im Wesentlichen vollständigen Umspülen von Einspritzdüse (4) oder Zündkerze (5) geführt sind. Cylinder head for an internal combustion engine according to claim 4, characterized in that water-carrying channels ( 7 . 8th ) into the non-settled area in the combustion chamber lid ( 1 ) for essentially complete flushing of the injection nozzle ( 4 ) or spark plug ( 5 ) are guided.
  7. Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  Internal combustion engine with a cylinder head according to one of the preceding claims.
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