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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motorbaugruppe mit Einlasskanaleinspritzdüsen und Direkteinspritzdüsen.
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HINTERGRUND
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Einige Fahrzeuge beinhalten Verbrennungsmotoren für den Antrieb. Verbrennungsmotoren verwenden Kraftstoff zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs. Diese Zündung bewirkt eine alternierende Bewegung bei einem Kolben. Eine Kurbelwelle setzt dann die alternierende Bewegung in eine Drehbewegung zum Antreiben des Fahrzeugs um.
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KURZDARSTELLUNG
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In einer Motorbaugruppe mit oben hängenden Ventilen (OHV) sind die Motorbaugruppe, die Stößelstangen des Ventiltriebs auf gegenüberliegenden Seiten von jedem Einlasskanal angeordnet. Dementsprechend ist es eine Herausforderung, die Direkteinspritzdüsen und die Einlasskanaleinspritzdüsen auf der Einlassseite des Zylinderkopfs anzuordnen. Die Integration von Direkteinspritzdüsen und Einlasskanaleinspritzdüsen in die Motorbaugruppe ist erwünscht, da dies die Kraftstoffeinsparungen des Motors erhöht. Neben der Verbesserung von Kraftstoffeinsparungen ist es wünschenswert, Direkteinspritzdüsen und Einlasskanaleinspritzdüsen zu integrieren, die zum Einspritzen von Kraftstoff in die Einlasskanäle stromaufwärts von dem Einlassventil sind, zur: (a) Verringerung der Verdünnung des Öls durch Kraftstoff bei Kaltstarts; (b) Verbesserung der Feinstaubemissionsleistung; (c) Verringerung der Einlassventilverkokung; (d) Verringerung der Spannungen in Kolbenringen; (e) Verringerung des Ölwannenfüllvolumens aufgrund verbesserter Ölqualität; und (f) Unterstützung bei der Verlängerung der Öllebensdauer. Dementsprechend beinhaltet die aktuell offengelegte Motorbaugruppe Direkteinspritzdüsen auf der Einlassseite des Zylinderkopfs und Einlasskanaleinspritzdüsen auf der Auslassseite des Zylinderkopfs. Durch Anordnen der Direkteinspritzdüsen auf der Einlassseite und der Einlasskanaleinspritzdüsen auf der Auslassseite des Zylinderkopfs können die Direkteinspritzdüsen und die Einlasskanaleinspritzdüsen in die Motorbaugruppe integriert werden.
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In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Motorbaugruppe einen Zylinderkopf mit einer Einlassseite und einer der Einlassseite gegenüberliegenden Auslassseite. Der Zylinderkopf weist mindestens einen Einlasskanal, mindestens einen Auslasskanal und mindestens eine Brennkammer auf. Jede Brennkammer steht in Fluidverbindung mit einem Einlasskanal und einen Auslasskanal. Die Motorbaugruppe beinhaltet weiterhin mindestens eine mit dem Zylinderkopf verbundene Einlasskanaleinspritzdüse. Die Einlasskanaleinspritzdüse ist näher an der Auslassseite als an der Einlassseite des Zylinderkopfs angeordnet. Weiterhin steht die Einlasskanaleinspritzdüse in Fluidverbindung mit dem Einlasskanal, um zuzulassen, dass Kraftstoff direkt in den Einlasskanal eingespritzt wird. Die Motorbaugruppe beinhaltet weiterhin mindestens eine Direkteinspritzdüse, die mit dem Zylinderkopf verbunden ist. Die Direkteinspritzdüse steht in Fluidverbindung mit der Brennkammer, um zuzulassen, dass Kraftstoff direkt in die Brennkammer eingespritzt wird. Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch Fahrzeuge, die die Motorbaugruppe wie oben beschrieben beinhalten.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren lassen sich leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Durchführungsmodi der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Motorbaugruppe mit oben hängenden Ventilen (OHV) eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine schematische Vorderansicht der Motorbaugruppe von 1.
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3 ist eine schematische bruchstückhafte Unteransicht der Motorbaugruppe der 1.
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4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzsystems und eines Wassermantels der Motorbaugruppe von 1.
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5 ist eine schematische bruchstückhafte Querschnittsansicht der Motorbaugruppe von 1, die den Zylinderkopf, den Einlasskanal, das Einlassventil und das Einlasskanal-Kraftstoffeinspritzsystem darstellt.
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6 ist eine schematische bruchstückhafte Querschnittsansicht der Motorbaugruppe von 1, die den Zylinderkopf und einen Ventiltrieb zeigt.
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7 ist eine schematische Querschnittsansicht der Motorbaugruppe von 1, die einen Ansaugkrümmer, den Zylinderkopf, einen Abgaskrümmer, einen Kolben, ein Direktkraftstoffeinspritzungssystem und einen Motorblock zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In allen Zeichnungen, worin sich dieselben Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Komponenten in den verschiedenen Figuren beziehen, und beginnend mit 1–7, beinhaltet ein Fahrzeug 10 eine Motorbaugruppe 12 zum Antrieb. Das Fahrzeug 10 kann ein Lkw, ein Auto, ein Nutzfahrzeug, ein militärisches Fahrzeug, ein autonomes Fahrzeug, Landwirtschaftsausrüstung, Baumaschine oder jede andere Art von Fahrzeug sein, das zum Transportieren von Insassen und/oder Gegenständen in der Lage ist. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Motorbaugruppe 12 einen Verbrennungsmotor 13 mit oben hängenden Ventilen (OHV). Mit anderen Worten ausgedrückt weist die Motorbaugruppe 12 eine OHV-Architektur auf. Beim Betrieb der Motorbaugruppe 12 zündet der Verbrennungsmotor 13 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Antreiben des Fahrzeugs 10.
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In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Verbrennungsmotor 13 einen Zylinderkopf 14 und einen Motorblock 16 (7), der mit dem Zylinderkopf 14 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform weist der Motorblock 16 eine Vielzahl von Zylindern 29 auf. Die Motorbaugruppe 12 beinhaltet einen Ansaugkrümmer 18, der mit dem Zylinderkopf 14 verbunden ist, und einen Abgaskrümmer 20, der mit dem Zylinderkopf 14 verbunden ist. Der Zylinderkopf 14 weist mindestens einen Einlasskanal 22 und mindestens einen Auslasskanal 24 auf. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Zylinderkopf 14 eine Vielzahl von Einlasskanälen 22 und Auslasskanälen 24. Der Ansaugkrümmer 18 steht in Fluidverbindung mit den Einlasskanälen 22. Als solche kann Einlassluft I von dem Ansaugkrümmer 18 in die Einlasskanäle 22 strömen. Die Auslasskanäle 24 stehen in Fluidverbindung mit dem Abgaskrümmer 20. Als solche können Abgase E aus den Auslasskanälen 24 in den Abgaskrümmer 20 nach Verbrennung innerhalb der Motorbaugruppe 12 strömen.
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Der Zylinderkopf 14 weist eine erste oder Einlassseite 15a und eine zweite oder Auslassseite 15b gegenüber der Einlassseite 15a auf. Die Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14 ist näher am Ansaugkrümmer 18 als am Abgaskrümmer 20. Die Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14 ist näher am Abgaskrümmer 20 als am Ansaugkrümmer 18. Der Zylinderkopf 14 weist eine erste bzw. Einlassseitenwand 17 und eine zweite bzw. Auslassseitenwand 19 gegenüber der ersten Seitenwand 17 auf. Die erste Seitenwand 17 ist auf der Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14, und die zweite Seitenwand 19 ist auf der Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14 vorhanden. Daher ist die erste Seitenwand 17 näher am Ansaugkrümmer 18 als am Abgaskrümmer 20, und die zweite Seitenwand 19 ist näher am Abgaskrümmer 20 als am Ansaugkrümmer 18. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Motorbaugruppe 12 weiterhin einen Wassermantel 21 zur Kühlung. Wasser (oder jedes andere Kühlmittel) fließt durch den Wassermantel 21 zur Kühlung der Motorbaugruppe 12. Der Wassermantel 21 kann mit dem Zylinderkopf 14 verbunden oder integral damit ausgebildet sein.
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Der Zylinderkopf 14 definiert eine Vielzahl von Brennkammern 26. Jede Brennkammer 26 steht in Fluidverbindung mit einem Einlasskanal 22 und einem Auslasskanal 24. Dementsprechend kann Einlassluft I aus dem Ansaugkrümmer 18 zu der Brennkammer 26 über die Einlasskanäle 22 strömen, und Abgase E können aus der Brennkammer 26 in den Abgaskrümmer 20 über die Auslasskanäle 24 strömen. Der Motor 13 beinhaltet weiterhin Einlassventile 28a zur Steuerung des Stroms von Einlassluft I in die Brennkammer 26 und beinhaltet Auslassventile 28b zur Steuerung des Stroms von Abgasen E in den Abgaskrümmer 20. Jedes Einlassventil 28a ist mindestens teilweise innerhalb des Einlasskanals 22 angeordnet und ist im Verhältnis zum Zylinderkopf 14 zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegbar. Wenn sich das Einlassventil 28a in der geöffneten Position befindet, kann Einlassluft I aus dem Einlasskanal 22 in die Brennkammer 26 strömen. In der geschlossenen Position verhindert das Einlassventil 28a, dass die Einlassluft I von dem Einlasskanal 22 in die Brennkammer 26 strömt. Jedes Auslassventil 28b ist mindestens teilweise innerhalb des Auslasskanals 24 angeordnet und ist im Verhältnis zum Zylinderkopf 14 zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegbar. Wenn sich das Auslassventil 28b in der geöffneten Position befindet, können Abgase E aus der Brennkammer 26 in den Auslasskanal 24 strömen. In der geschlossenen Position verhindert das Auslassventil 28b, dass Abgase E aus der Brennkammer 26 in den Auslasskanal 24 strömen.
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Die Motorbaugruppe 12 eine beinhaltet einen Ventiltrieb 30 zur Steuerung des Betriebs der Einlassventile 28a und Auslassventile 28b. Der Ventiltrieb 30 beinhaltet eine Nockenwelle 32, die innerhalb des Motorblocks 16 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Stößelstangen 34, die mit der Nockenwelle 32 verbunden sind. Stößelstangen 34 sind auf gegenüberliegenden Seiten von jedem Einlasskanal 22 positioniert. Jede Stößelstange 34 ist mit einem Kipphebel 36 verbunden, und jeder Kipphebel 36 ist mit einem der Einlassventile 28a oder einem der Auslassventile 28b verbunden. Durch Drehung der Nockenwelle 32 wird bewirkt, dass sich die Stößelstangen 34 auf und ab in die Richtung bewegen, die durch doppelte Pfeile 4 angegeben ist. Somit dreht sich der Kipphebel 36, um entweder das Einlassventil 28a oder das Auslassventil 28b zwischen der geöffneten und geschlossenen Position zu bewegen. Der Ventiltriebs 30 beinhaltet weiterhin Federn 38, die zwischen dem Zylinderkopf 14 und entweder den Einlassventilen 28a oder den Auslassventilen 28b zur Vorspannung der Einlassventile 28a oder der Auslassventile 28b in Richtung der geschlossenen Position verbunden sind.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 7 beinhaltet der Verbrennungsmotor 13 weiterhin eine Vielzahl von Kolben 23 innerhalb des Motorblocks 16. Jeder Kolben 23 ist mechanisch mit einer Pleuelstange 25 verbunden. Die Pleuelstange 25 verbindet die Kolben 23 und eine Kurbelwelle, die die Hubbewegung des Kolbens 23 in eine Drehbewegung umwandelt. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 13 bewegt sich jeder Kolben 23 in einer alternierenden Bewegung entlang einer Achse P durch den Zylinder 29.
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Die Motorbaugruppe 12 beinhaltet weiterhin ein Zündsystem 40 zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer 26. Das Zündsystem 40 beinhaltet eine Vielzahl von Zündkerzen 42, die konfiguriert sind, um der Brennkammer 26 der Motorbaugruppe 12 elektrischen Strom bereitzustellen. Beim Betrieb der Motorbaugruppe 12 zündet der elektrische Strom, der durch die Zündkerzen 42 bereitgestellt wird, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 26.
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Die Motorbaugruppe 12 beinhaltet weiterhin eine Kraftstoffzufuhranordnung 44 zur Zufuhr von Kraftstoff, wie Benzin, in die Brennkammer 26. Die Kraftstoffzufuhranordnung 44 beinhaltet ein Direkteinspritzungs(DI)-System 46 und ein Einlasskanalkraftstoffeinspritzungs(PFI)-System 48. Das DI-System 46 kann Kraftstoff, wie z.°B. Benzin, direkt in die Brennkammer 26 zuführen, und beinhaltet ein DI-Kraftstoffverteilerrohr 50 und eine Vielzahl von Direkteinspritzdüsen 52. Jede Direkteinspritzdüse 52 steht in Fluidverbindung mit dem DI-Kraftstoffverteilerrohr 50, wodurch zugelassen wird, dass Kraftstoff F aus dem DI-Kraftstoffverteilerrohr 50 zu jeder Direkteinspritzdüse 52 strömt. Alle Direkteinspritzdüsen 52 sind mit dem Zylinderkopf 14 verbunden. Als solche kann jede Direkteinspritzdüse 52 F Kraftstoff direkt den Brennkammern 26 zuführen. Die Direkteinspritzdüsen 52 sind mit der Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14 verbunden. Dementsprechend sind die Direkteinspritzdüsen 52 jeweils näher am Ansaugkrümmer 18 und der ersten Seitenwand 17 als am Abgaskrümmer 20 und der zweiten Seitenwand 19. Jede Direkteinspritzdüse 52 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 14 und ist schrägwinklig im Verhältnis zur Kolbenachse P aufgrund der Platzbeschränkungen der Motorbaugruppe 12 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist jede Direkteinspritzdüse 52 ein erstes Direkteinspritzdüsenende 54 und ein zweites Direkteinspritzdüsenende 56 gegenüber dem ersten Direkteinspritzdüsenende 54 auf. Das erste Direkteinspritzdüsenende 54 ist direkt mit dem DI-Kraftstoffverteilerrohr 50 verbunden, während ein zweites Direkteinspritzdüsenende 56 innerhalb (oder neben) der Brennkammer 26 angeordnet ist, damit die Direkteinspritzdüse 52 Kraftstoff F direkt in die Brennkammer 26 einspritzt. Durch Platzbeschränkungen in der Motorbaugruppe 12 befindet sich das DI-Kraftstoffverteilerrohr 50 näher an der Einlassseite 15a als an der Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14.
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Die PFI-System 48 kann Kraftstoff F, wie z.°B. Benzin, direkt in die Einlasskanäle 22 stromaufwärts der Einlassventile 28a und zuführen, und beinhaltet ein PFI-Kraftstoffverteilerrohr 58 und eine Vielzahl von Einlasskanaleinspritzdüsen 60. Jede Einlasskanaleinspritzdüse 60 steht in Fluidverbindung mit dem PFI-Kraftstoffverteilerrohr 58, wodurch zugelassen wird, dass Kraftstoff F von dem PFI Kraftstoffverteilerrohr 58 zu jeder Einlasskanaleinspritzdüse 60 strömt. Alle Einlasskanaleinspritzdüsen 60 sind mit dem Zylinderkopf 14 verbunden. Als solche kann jede Einlasskanaleinspritzdüse 60 Kraftstoff F direkt den Einlasskanälen 22 zuführen. Durch Platzbeschränkungen in der Motorbaugruppe 12 sind die Einlasskanaleinspritzdüsen 60 mit der Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14 verbunden. Insbesondere, da die Stößelstangen 34 auf gegenüberliegenden Seiten von jedem Einlasskanal 22 angeordnet sind, behindern die Stößelstangen 34 das Positionieren der Direkteinspritzdüsen 52 und der Einlasseinspritzdüsen 60 auf der Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14. Jedoch ist die Integration der Direkteinspritzdüsen 52 und Einlasskanaleinspritzdüsen 60 in der Motorbaugruppe 12 erwünscht, da dies die Kraftstoffeinsparungen des Motors erhöht. Neben der Verbesserung der Kraftstoffeinsparungen ist es wünschenswert, Direkteinspritzdüsen 52 und Einlasskanaleinspritzdüsen 60 einzubinden, die zum Einspritzen von Kraftstoff in die Einlasskanäle 22 stromaufwärts von dem Einlassventil 28a in der Lage sind, zur: (a) Verringerung der Verdünnung des Öls durch Kraftstoff bei Kaltstarts; (b) Verbesserung der Feinstaubemissionsleistung; (c) Verringerung der Einlassventilverkokung; (d) Verringerung der Spannungen in Kolbenringen; (e) Verringerung des Ölwannenfüllvolumens aufgrund verbesserter Ölqualität; und (f) Unterstützung bei der Verlängerung der Öllebensdauer. Dementsprechend beinhaltet die aktuell offengelegte Motorbaugruppe 12 Direkteinspritzdüsen 52 auf der Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14 und Einlasskanaleinspritzdüsen 60 auf der Auslassseite des Zylinderkopfs 14. Durch Positionieren der Direkteinspritzdüsen 52 auf der Einlassseite 15a und der Einlasskanaleinspritzdüsen 60 auf der Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14 können die Direkteinspritzdüsen 52 und die Einlasskanaleinspritzdüsen 60 in die Motorbaugruppe 12 integriert werden.
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Insbesondere befinden sich die Einlasskanaleinspritzdüsen 60 jeweils näher am Abgaskrümmer 20 und der zweiten Seitenwand 19 als am Ansaugkrümmer 18 und der ersten Seitenwand 17. Jede Einlasskanaleinspritzdüse 60 erstreckt sich durch den Zylinderkopf 14 und ist schrägwinklig im Verhältnis zur Kolbenachse P aufgrund der Platzbeschränkungen der Motorbaugruppe 12 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform weist jede Einlasskanaleinspritzdüse 60 ein erstes Einlasskanaleinspritzdüsenende 62 und ein zweites Einlasskanaleinspritzdüsenende 64 gegenüber dem ersten Einlasskanaleinspritzdüsenende 62 auf. Das erste Einlasskanaleinspritzdüsenende 62 ist direkt mit dem PFI-Kraftstoffverteilerrohr 58 verbunden, während das zweite Einlasskanaleinspritzdüsenende 64 innerhalb (oder neben) dem Einlasskanal 22 angeordnet ist, um zuzulassen, dass die Einlasskanaleinspritzdüse 60 Kraftstoff F direkt in den Einlasskanal 22 stromaufwärts von dem Einlassventil 28a einspritzt. Durch Platzbeschränkungen in der Motorbaugruppe 12 befindet sich das PFI-Kraftstoffverteilerrohr 58 näher an der Auslassseite 15b des Zylinderkopfs 14 als an der Einlassseite 15a des Zylinderkopfs 14. Wie in 4 und 5 dargestellt, definiert der Wassermantel 21 eine Vielzahl von Einspritzdüsenufnahmeöffnungen 66. Jede Einspritzdüsenaufnahmeöffnung 66 ist so konfiguriert, geformt und bemessen, dass sie eine der Einlasskanaleinspritzdüsen 60 zur Kühlung der Einlasskanaleinspritzdüsen 60 aufnimmt.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Lehren im Detail beschrieben wurden, werden mit der in vorliegender Offenbarung beschriebenen Technik vertraute Fachleute verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zum Umsetzen der Lehren im Rahmen der hinzugefügten Ansprüche erkennen.
