DE102015115052A1 - Motorbaugruppe mit einer thermischen Barriere - Google Patents
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Abstract
Eine Motorbaugruppe umfasst einen Zylinderblock mit zumindest einem Zylinder. Die Motorbaugruppe umfasst zumindest einen Zylinderkopf, der mit dem Zylinderblock gekoppelt ist, und zumindest einen Einlasskanal, der mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, zumindest einen Auslasskanal, der mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist, sowie zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist. Die Motorbaugruppe umfasst eine Kopfkühlerweiterung, die von dem Zylinderkopf hervorsteht. Die Kopfkühlerweiterung weist zumindest eine Erweiterungswand auf und definiert einen Erweiterungskühldurchgang, der zumindest teilweise durch die zumindest eine Erweiterungswand umschlossen ist. Der Erweiterungskühldurchgang ist zumindest teilweise zwischen dem Auslasskanal und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet, um eine thermische Barriere zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und dem Auslasskanal zu bilden, wenn das Kühlmittel durch den Erweiterungskühldurchgang strömt.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motorbaugruppe, die eine thermische Barriere zwischen den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und dem Auslasskanal aufweist.
- HINTERGRUND
- Bestimmte Fahrzeuge weisen zum Antrieb eine Motorbaugruppe auf. Die Motorbaugruppe kann einen Verbrennungsmotor und ein Kraftstoffeinspritzungssystem umfassen. Der Verbrennungsmotor weist einen oder mehrere Zylinder auf. Jeder Zylinder definiert eine Verbrennungskammer. Während des Betriebs verbrennt der Verbrennungsmotor ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer, um einen Kolben zu bewegen, der in dem Zylinder angeordnet ist.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Nach der Verbrennung in dem Verbrennungsmotor verlassen heiße Abgase die Verbrennungskammer über den Auslasskanal. Wenn die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in enger Nachbarschaft zu dem Auslasskanal angeordnet ist, kann Wärme, die von den durch den Auslasskanal strömenden Abgasen stammt, auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen übertragen werden. Um die Effizienz des Verbrennungsmotors zu maximieren, ist es nützlich, die Wärmeübertragung zwischen dem Auslasskanal und den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zu minimieren. Zu diesem Zweck weist die vorliegend offenbarte Motorbaugruppe eine Kopfkühlerweiterung auf, die ausgebildet ist, um die Wärmeübertragung von dem Auslasskanal auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zu minimieren.
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Motorbaugruppe einen Zylinderblock mit zumindest einem Zylinder. Jeder Zylinder definiert eine Verbrennungskammer. Die Motorbaugruppe umfasst auch zumindest einen Zylinderkopf, der mit dem Zylinderblock gekoppelt ist. Die Motorbaugruppe umfasst auch zumindest einen Einlasskanal, der mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist. Der Einlasskanal steht mit der Verbrennungskammer in Fluidverbindung. Ferner umfasst die Motorbaugruppe zumindest einen Auslasskanal, der mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist. Der Auslasskanal steht mit der Verbrennungskammer in Fluidverbindung. Darüber hinaus umfasst die Motorbaugruppe zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist ausgebildet, um Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen. Die Motorbaugruppe umfasst zusätzlich eine Kopfkühlerweiterung, die von dem Zylinderkopf hervorsteht. Die Kopfkühlerweiterung umfasst zumindest eine Erweiterungswand und definiert einen Erweiterungskühldurchgang, der zumindest teilweise durch die Erweiterungswände umschlossen ist. Der Erweiterungskühldurchgang ist zumindest teilweise zwischen dem Auslasskanal und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet, um eine thermische Barriere zwischen der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und dem Auslasskanal zu erzeugen, wenn das Kühlmittel durch den Erweiterungskühldurchgang strömt. Die vorliegende Offenbarung betrifft auch ein Fahrzeug, das die vorstehend beschriebene Motorbaugruppe aufweist.
- Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden leicht anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Lehren offensichtlich, wenn die Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Vorderansicht eines Verbrennungsmotors und zeigt einen Zylinderkopf, einen Auslasskanal, einen Einlasskanal und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die benachbart zu dem Auslasskanal mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist; -
2 ist eine schematische und fragmentarische Querschnittsansicht von vorn auf den Verbrennungsmotor von1 und zeigt eine thermische Barriere, die zwischen einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung und einem Auslasskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist; -
3 ist eine schematische und fragmentarische Perspektivansicht des Verbrennungsmotors von2 und zeigt die thermische Barriere und ein Kraftstoffeinspritzungssystem; -
4 ist eine schematische und fragmentarische Perspektivansicht des Verbrennungsmotors von2 und zeigt die thermische Barriere, das Kraftstoffeinspritzungssystem und einen Hitzeschild, der teilweise über dem Kraftstoffeinspritzungssystem angeordnet ist; und -
5 ist eine schematische und fragmentarische Perspektivansicht des Verbrennungsmotors von2 und zeigt die thermische Barriere, das Kraftstoffeinspritzungssystem, einen Hitzeschild, der teilweise über dem Kraftstoffeinspritzungssystem angeordnet ist, und einen Auslasskrümmer, der mit dem Auslasskanal des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, und mit
1 beginnend, kann ein Verbrennungsmotor14 verwendet werden, um ein Fahrzeug10 anzutreiben, und er kann Teil des Fahrzeugantriebsstrangs13 sein. Das Fahrzeug10 kann ein Automobil sein, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, oder ein Nicht-Automobil, wie beispielsweise ein Boot. Um das Fahrzeug10 anzutreiben, verbrennt der Verbrennungsmotor14 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um ein Drehmoment zu erzeugen. - Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor
14 einen Zylinderblock20 mit zumindest einem Zylinder16 auf. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor14 sechs (6) Zylinder16 aufweisen, die jeweils eine Verbrennungskammer18 definieren. Die Verbrennungskammer18 ist ausgebildet, geformt und bemessen, um einen Kolben aufzunehmen. Der Kolben kann in dem Zylinder16 eine Hubbewegung ausführen, wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer18 verbrannt wird. - Der Verbrennungsmotor
14 weist ferner zumindest einen Zylinderkopf22 auf, der mit dem Zylinderblock20 gekoppelt ist. Der Zylinderkopf22 weist eine Auslassseite24 und eine Einlassseite26 auf, die der Auslassseite24 gegenüberliegt. Der Verbrennungsmotor14 weist zumindest einen Auslasskanal28 auf, der mit der Auslassseite24 des Zylinderkopfs22 gekoppelt ist. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer18 verbrannt ist, können Abgase E die Verbrennungskammer18 über den Auslasskanal28 verlassen. Der Auslasskanal28 steht mit der Verbrennungskammer18 und einem Auslasskrümmer30 (5 ) in Fluidverbindung, wodurch ermöglicht wird, dass die Abgase E in der Verbrennungskammer18 zu dem Auslasskrümmer30 strömen. Ein Auslassventil29 ist mit dem Auslasskanal28 funktional gekoppelt, um die Strömung der Abgase E durch den Auslasskanal28 zu steuern. Der Auslasskanal28 ist durch zumindest eine Auslasskanalwand27 (2 ) definiert. - Der Verbrennungsmotor
14 weist ferner zumindest einen Einlasskanal32 auf, der mit der Einlassseite26 des Zylinderkopfs22 gekoppelt ist. Der Einlasskanal32 steht mit der Verbrennungskammer18 und einem Einlasskrümmer in Fluidverbindung. Im Betrieb kann Luft A aus dem Einlasskrümmer über den Einlasskanal32 zu der Verbrennungskammer18 strömen. Ein Einlassventil33 ist mit dem Einlasskanal32 funktional gekoppelt, um die Strömung der Luft A durch den Einlasskanal32 zu steuern. Der Verbrennungsmotor14 ist Teil einer Motorbaugruppe15 . - Unter Bezugnahme auf
1 und2 umfasst die Motorbaugruppe15 ferner ein Kraftstoffeinspritzungssystem34 , das ausgebildet ist, um Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer18 einzuspritzen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Kraftstoffeinspritzungssystem34 zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 , die mit der Auslassseite24 des Zylinderkopfs22 gekoppelt ist. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 ist in Fluidverbindung mit der Verbrennungskammer18 und zumindest einer Kraftstoffleiste38 angeordnet, die den Kraftstoff F trägt. Eine Kraftstoffleitung39 (3 ) kann mit der Kraftstoffleiste38 fluidisch gekoppelt sein, und daher kann der Kraftstoff F aus der Kraftstoffleitung39 in die Kraftstoffleiste38 strömen. Ferner kann der Kraftstoff F aus der Kraftstoffleiste38 zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 und in die Verbrennungskammer18 strömen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 ist zumindest teilweise unterhalb des Auslasskanals28 und des Auslasskrümmers30 angeordnet. - Unter Bezugnahme auf
2 –5 weist der Zylinderblock20 mehrere Zylinderblockwände40 auf, die Teil des Zylinderblocks20 sind und die Verbrennungskammer18 definieren. Die Zylinderblockwände40 sind aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt, wie beispielsweise aus einem starren Metall. - Beispielsweise können die Zylinderblockwände
40 vollständig oder teilweise aus gegossenem Aluminium oder Gusseisen hergestellt sein. Der Verbrennungsmotor14 definiert zumindest einen Blockkühldurchgang42 , wie beispielsweise Wassermäntel, welcher sich durch die Zylinderblockwände40 erstreckt. Der Blockkühldurchgang42 ist durch die Zylinderblockwände40 umschlossen sowie ausgebildet, geformt und bemessen, um ein Kühlmittel C zum Abkühlen des Zylinderblocks20 zu enthalten. Dementsprechend strömt das Kühlmittel C durch den Blockkühldurchgang42 . Gemäß nicht einschränkenden Beispielen kann das Kühlmittel C Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel oder ein beliebiges anderes Fluid sein, das zum Kühlen des Zylinderblocks20 geeignet ist. Dementsprechend kann das Kühlmittel C auch als ein Kühlungsfluid bezeichnet werden. - Der Zylinderkopf
22 umfasst auch mehrere Zylinderkopfwände44 , die aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt sind, beispielsweise aus einem starren Metall. Die Zylinderkopfwände44 können beispielsweise vollständig oder teilweise aus gegossenem Aluminium oder Gusseisen hergestellt sein. Der Zylinderkopf22 definiert einen oder mehrere Kopfkühldurchgänge46 (z. B. Wassermäntel), die sich durch die Zylinderkopfwände44 erstrecken. Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Zylinderkopf22 einen Kopfkühldurchgang46 auf, der zumindest teilweise oberhalb des Auslasskanals28 angeordnet ist, sowie einen anderen Kopfkühldurchgang46 , der zumindest teilweise unterhalb des Auslasskanals28 angeordnet ist. Der Zylinderkopf22 kann jedoch mehr oder weniger Kopfkühldurchgänge46 aufweisen. Unabhängig von der Anzahl ist jeder Kopfkühldurchgang46 durch die Zylinderkopfwände44 umschlossen sowie ausgebildet, geformt und bemessen, um das Kühlmittel C aufzunehmen. Das Kühlmittel C kann durch die Kopfkühldurchgänge44 strömen, um den Zylinderkopf22 abzukühlen. Wie vorstehend erläutert ist, kann das Kühlmittel C Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel oder ein beliebiges anderes Fluid sein, das zum Kühlen des Zylinderkopfs22 geeignet ist. - Das Fahrzeug
10 weist einen Auslasskrümmer-Hitzeschild48 zum thermischen Isolieren des Auslasskrümmers30 gegenüber anderen Komponenten des Fahrzeugs10 auf. Der Auslasskrümmer-Hitzeschild48 ist zumindest teilweise über dem Auslasskrümmer30 angeordnet und vollständig oder teilweise aus einem thermischen Isolationsmaterial hergestellt. - Das Fahrzeug
10 weist einen Kraftstoffeinspritzungs-Hitzeschild50 zum thermischen Isolieren des Kraftstoffeinspritzungssystems34 gegenüber anderen Komponenten des Fahrzeugs10 auf. Der Kraftstoffeinspritzungs-Hitzeschild50 ist zumindest teilweise über dem Kraftstoffeinspritzungssystem34 angeordnet und vollständig oder teilweise aus einem thermischen Isolationsmaterial hergestellt. Der Kraftstoffeinspritzungs-Hitzeschild50 isoliert das Kraftstoffeinspritzungssystem34 nicht notwendigerweise gegenüber dem Auslasskrümmer30 und dem Auslasskanal28 . Aufgrund der Anordnung des Kraftstoffeinspritzungssystems34 relativ zu dem Auslasskanal28 und dem Auslasskrümmer30 kann nämlich Wärme von dem Auslasskanal28 und dem Auslasskrümmer30 auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 und die Kraftstoffleiste38 übertragen werden. Um die Effizienz des Verbrennungsmotors14 zu maximieren, ist es nützlich, die Wärmeübertragung zwischen dem Auslasskanal28 sowie dem Auslasskrümmer30 und der Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 sowie der Kraftstoffleiste38 zu minimieren. Zu diesem Zweck weist der Verbrennungsmotor14 eine Kopfkühlerweiterung52 auf, die ausgebildet ist, um die Wärmeübertragung von dem Auslasskanal28 und dem Auslasskrümmer30 auf die Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 zu minimieren. - Die Kopfkühlerweiterung
52 bildet einen Vorsprung in der Auslassseite24 des Zylinders22 von der Verbrennungskammer18 weg und ist zwischen 1) dem Auslasskanal28 und dem Auslasskrümmer30 und2 ) der Kraftstoffeinspritzeinrichtung36 und der Kraftstoffleiste38 angeordnet. Die Kopfkühlerweiterung52 weist zumindest eine Erweiterungswand54 auf, die aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt ist, beispielsweise aus einem gegossenen Metall. Gemäß nicht einschränkenden Beispielen können die Erweiterungswände54 vollständig oder teilweise aus Gusseisen oder gegossenem Aluminium hergestellt sein. Darüber hinaus können die Erweiterungswände54 einstückig mit den Zylinderkopfwänden44 gebildet sein. Dementsprechend sind die Zylinderkopfwände44 und die Erweiterungswände54 Teil einer einheitlichen oder einstückigen Struktur. Die Kopfkühlerweiterung52 definiert zumindest einen Erweiterungskühldurchgang56 , wie beispielsweise einen Wassermantel, welcher sich durch die Erweiterungswände54 erstreckt. Der Erweiterungskühldurchgang56 ist zumindest teilweise von den Erweiterungswänden54 umschlossen sowie ausgebildet, geformt und bemessen, um das Kühlmittel C zum Abkühlen der Kopfkühlerweiterung52 zu enthalten. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Erweiterungskühldurchgang56 gemeinsam durch die Erweiterungswände54 und zumindest eine der Auslasskanalwände27 des Auslasskanals28 definiert. Das Kühlmittel C kann durch den Erweiterungskühldurchgang56 strömen. Wie vorstehend erläutert ist, kann das Kühlmittel C Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel oder ein beliebiges anderes Fluid sein, das zum Kühlen der Kopfkühlerweiterung52 geeignet ist. Der Erweiterungskühldurchgang56 kann Teil der Kopfkühldurchgänge46 sein, und daher kann das Kühlmittel C aus den Kopfkühldurchgängen46 zu dem Erweiterungskühldurchgang56 strömen, um das Kraftstoffeinspritzungssystem34 gegenüber der Wärme thermisch zu isolieren, die von den Abgasen E stammt, die durch den Auslasskanal28 und den Auslasskrümmer30 strömen. Mit anderen Worten kann zumindest einer der Kopfkühldurchgänge46 mit dem Erweiterungskühldurchgang56 in Fluidverbindung stehen. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors14 dient die Kopfkühlerweiterung52 als eine thermische Barriere53 , und sie isoliert das Kraftstoffeinspritzungssystem34 thermisch gegenüber den heißen Abgasen E, die durch den Auslasskanal28 und den Auslasskrümmer30 strömen, wodurch der größte Teil der Oberflächen, welche das Kraftstoffeinspritzungssystem34 umgeben, relativ kühl gehalten wird (d. h. bei einer Temperatur in der Nähe der Temperatur des Kühlmittels C). - Wie vorstehend erläutert ist, sind die Erweiterungswände
54 der Kopfkühlerweiterung52 zumindest teilweise aus einem im Wesentlichen starren Material hergestellt, beispielsweise aus Gusseisen oder gegossenem Aluminium. Da die Kopfkühlerweiterung52 im Wesentlichen starr ist, kann sie eine äußere Kraft aufnehmen, die auf das Fahrzeug10 ausgeübt wird, und dadurch die Übertragung einer solchen äußeren Kraft auf das Kraftstoffeinspritzungssystem34 minimieren. Die Kopfkühlerweiterung52 kann einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen, um ihre strukturelle Integrität zu maximieren. - Obgleich die besten Weisen zum Ausführen der Lehren im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Lehren innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auszuüben.
Claims (10)
- Motorbaugruppe, die umfasst: einen Zylinderblock mit zumindest einem Zylinder, wobei der zumindest eine Zylinder eine Verbrennungskammer definiert; zumindest einen Zylinderkopf, der mit dem Zylinderblock gekoppelt ist; zumindest einen Einlasskanal, der mit dem zumindest einen Zylinderkopf gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Einlasskanal mit der Verbrennungskammer in Fluidverbindung steht; zumindest einen Auslasskanal, der mit dem zumindest einen Zylinderkopf gekoppelt ist, wobei der zumindest eine Auslasskanal mit der Verbrennungskammer in Fluidverbindung steht; zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die mit dem zumindest einen Zylinderkopf gekoppelt ist, wobei die zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgebildet ist, um Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer einzuspritzen; eine Kopfkühlerweiterung, die einen Vorsprung in dem zumindest einen Zylinderkopf bildet, wobei die Kopfkühlerweiterung zumindest eine Erweiterungswand aufweist und einen Erweiterungskühldurchgang definiert, der durch die zumindest eine Erweiterungswand zumindest teilweise umschlossen ist; und wobei der Erweiterungskühldurchgang zumindest teilweise zwischen dem zumindest einen Auslasskanal und der zumindest einen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist, um eine thermische Barriere zwischen der zumindest einen Kraftstoffeinspritzeinrichtung und dem Auslasskanal zu erzeugen, wenn ein Kühlmittel durch den Erweiterungskühldurchgang strömt.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kopfkühlerweiterung einen Vorsprung in dem zumindest einen Zylinderkopf bildet, welcher sich von der Verbrennungskammer weg erstreckt.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Zylinderkopf eine Auslassseite und eine Einlassseite aufweist, die der Auslassseite gegenüberliegt, wobei der zumindest eine Einlasskanal mit der Einlassseite des zumindest einen Zylinderkopfs gekoppelt ist und der zumindest eine Auslasskanal mit der Auslassseite des zumindest einen Zylinderkopfs gekoppelt ist und wobei die zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung mit der Auslassseite des zumindest einen Zylinderkopfs gekoppelt ist.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Erweiterungskühldurchgang teilweise über der zumindest einen Kraftstoffeinspritzeinrichtung angeordnet ist.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung Teil eines Kraftstoffeinspritzungssystems ist, wobei das Kraftstoffeinspritzungssystem ferner zumindest eine Kraftstoffleiste aufweist, die ausgebildet ist, um Kraftstoff zu tragen, wobei die Kraftstoffleiste mit der zumindest einen Kraftstoffeinspritzeinrichtung in Fluidverbindung steht und die Kopfkühlerweiterung zumindest teilweise über der Kraftstoffleiste angeordnet ist.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 5, wobei der zumindest eine Auslasskanal ausgebildet ist, um mit einem Auslasskrümmer gekoppelt zu sein, und woder Erweiterungskühldurchgang zumindest teilweise zwischen dem Auslasskrümmer und der Kraftstoffleiste angeordnet ist.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Zylinderkopf mehrere Zylinderkopfwände aufweist und zumindest einen Kopfkühldurchgang definiert, der zumindest teilweise durch die Zylinderkopfwände umschlossen ist, und wobei der zumindest der eine Kopfkühldurchgang ausgebildet ist, um das Kühlmittel zu tragen.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Kopfkühldurchgang mit dem Erweiterungskühldurchgang in Fluidverbindung steht.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Auslasskanal zumindest eine Auslasskanalwand aufweist und wobei der Erweiterungskühldurchgang durch die zumindest eine Auslasskanalwand und die zumindest eine Erweiterungswand definiert ist.
- Motorbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kopfkühlerweiterung einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
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