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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in einem Zylinderkopf integriert ist, um einen Zylinder des Verbrennungsmotors zu kühlen.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Seit kurzem sind weltweit Abgasgrenzwerte verbindlich eingeführt worden. Dementsprechend ist die Entwicklung eines Wassereinspritzsystems zur Lösung der Abgasproblematik aktiv vorangetrieben worden.
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Wassereinspritzung im wörtlichen Sinn bezeichnet eine Technik, bei der Wasser auf einen Verbrennungsmotor gesprüht wird. Das heißt, im Innern eines Verbrennungsmotors herrschen eine hohe Temperatur und ein hoher Druck aufgrund der Eigenschaft, dass sich Kompression und Explosion wiederholen, und mittels der Wassereinspritztechnik wird die Temperatur des Verbrennungsmotors durch Einspritzen des Kühlwassers gesenkt.
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Folglich sinkt die Temperatur eines Verbrennungsmotors und die Kondensation von Luft nimmt zu, so dass sich Effekte erzielen lassen wie Verhindern von Klopfen sowie die Verbesserung der Betriebslebensdauer, der Leistung und der Kraftstoffeffizienz.
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In der verwandten Technik wird bei der Wassereinspritzung Wasser auf einen Ausgleichsbehälter für einen Einlassstutzen gesprüht. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, das Wasser auf jeden Zylinder genau zu verteilen, und eine große Wassermenge strömt plötzlich in den Einlassstutzen, was die Verbrennung potentiell beeinflussen kann.
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Ferner erfolgt in der verwandten Technik die Wassereinspritzung unter Verwendung eines zusätzlichen Injektors zum Besprühen des Brennraums mit Wasser. Dies ist jedoch hinsichtlich Kosten und Gehäusevolume wegen der Bereitstellung eines zusätzlichen Injektors nachteilig, und aufgrund der Wandbenetzung kann eine Laufbuchse rosten oder kann es zu mangelhafter Verbrennung kommen. In diesem Zusammenhang kennt man aus der US 2014 / 0 116 404 A1 ein Antriebssystem mit einem Kondensationseinspritzsystem, das stromabwärts eines AGR-Kühlers angeordnet ist. Das Kondensationseinspritzsystem umfasst eine Kondensationspumpe und einen Kondensationsinjektor. Der Kondensationsinjektor ist stromabwärts der Kondensationspumpe angeordnet. Die Kondensationspumpe ist so konfiguriert, dass sie das Kondensat zum Kondensationsinjektor pumpt, und der Kondensationsinjektor ist so konfiguriert, dass er das Kondensat in das Ansauggas einspritzt, wobei das Ansauggas eine Kombination aus einem frischen Ansauggas und einem rezirkuliertem Teil eines Abgases ist.
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Die in diesem Hintergrund-Abschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Bestätigung oder irgendeine Form eines Hinweises zu verstehen, dass sie den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung einer Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor gerichtet, wobei die Einrichtung eine im Zylinderkopf integrierte Zufuhrleitung hat, die Wasser direkt auf einen Zylinder sprüht, wodurch die Stabilität der Verbrennung verbessert wird, da das Wasser genauer auf jeden Zylinder eines Verbrennungsmotors verteilt wird.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Mehrzahl Einlassöffnungen in einem Zylinderkopf, die mit einer entsprechenden Mehrzahl Zylinder kommunizieren, eine von einer Seite des Zylinderkopfes im Innern verlaufende Wasserzufuhrleitung, die mit den Einlassöffnungen kommuniziert, eine Wasserpumpe, die Wasser über die Wasserzufuhrleitung zu den Einlassöffnungen fördert, ein Ventil, das an einer Seite des Zylinderkopfes angeordnet und mit einem Ende der Wasserzufuhrleitung verbunden ist und die von der Wasserpumpe zu den Einlassöffnungen geförderte Wassermenge regelt und einen Druckhalter, der zwischen dem Ventil und der Wasserpumpe angeordnet ist, um das dem Ventil zugeführte Wasser mit Druck zu beaufschlagen.
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Eine Mehrzahl Verbindungsöffnungen, die sich nach unten erstrecken und mit den Zylindern kommunizieren, können in der Mitte der Wasserzufuhrleitung ausgebildet sein.
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Die Wasserpumpe kann außerhalb des Zylinderkopfes angeordnet sein und fördert Wasser zum Ventil.
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Die Wasserpumpe kann in einem Wasserbehälter verbliebenes Wasser zu den Einlassöffnungen fördern, und mindestens entweder Kondenswasser der Klimaanlage, von Kraftstoff getrenntes Wasser, von Öl getrenntes Wasser oder Wasser aus einer Brennstoffzelle strömt in den Wasserbehälter.
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Gemäß der Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor mit der oben beschriebenen Struktur kann der Zündzeitpunkt durch Verringern der Temperatur der Brennkammer vorverlegt werden, so dass Leistung und Drehmoment verbessert werden können.
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Da ferner eine Wasserzufuhrleitung in einem Zylinderkopf integriert ist, kann das Wasser optimal an jeden Zylinder verteilt werden.
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Ferner wird das gesamte Verbrennungs-Luft-Kraftstoffverhältnis verbessert, so dass der Wirkungsgrad erhöht wird. Des Weiteren tritt keine Wandbenetzung auf, so dass die Dauerhaltbarkeit einer Laufbuchse verbessert wird und die Wartungskosten gesenkt werden können.
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Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility Fahrzeugs; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
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Die Verfahren und Einrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, die sich aus den beiliegenden Zeichnungen, die hiermit einbezogen werden, erschließen oder darin detailliert angegeben sind, sowie in der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen zur Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm einer Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinder-Kühleinrichtung für eine Verbrennungsmotor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen bevorzugten Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) eingegangen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, die nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird/ werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Erfindung(en) soll(en) vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abdecken.
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1 ist ein Blockdiagramm einer Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und 2 ist eine perspektivische Ansicht der Zylinder-Kühleinrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in den 1 und 2 dargestellt kann eine Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor eine Mehrzahl Einlassöffnungen 13 enthalten, die in einem Zylinderkopf 10 angeordnet sind und mit einer Mehrzahl Zylindern 23 bzw. einer Wasserzufuhrleitung 15 kommunizieren, von einer Seite des Zylinderkopfes 10 im Innern verläuft und mit den Einlassöffnungen 13 kommuniziert, und eine Wasserpumpe 40, die Wasser über die Wasserzufuhrleitung 15 zu den Einlassöffnungen 13 fördert.
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Die Einlassöffnungen 13 sind im unteren Ende des Zylinderkopfes 10 angeordnet und ein Zylinderblock 20 ist mit dem unteren Abschnitt des Zylinderkopfes 10 gekoppelt. Die Zylinder 23 sind am oberen Ende des Zylinderblocks 20 angeordnet und bilden mit dem Zylinderkopf 10 geschlossene Räume. Obwohl in 1 nicht dargestellt, können Einlassventile zwischen den Zylindern 23 und den Einlassöffnungen 13 angeordnet sein, um den Zeitpunkt zu steuern, in dem Luft und Wasser durch die Einlassöffnungen 13 in die Zylinder 23 strömen.
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In verschiedenen Ausführungsformen fördert die Wasserpumpe 40 über die sich in den Zylinderkopf 10 erstreckende Wasserzufuhrleitung 15 Wasser direkt zu den Einlassöffnungen 13, wobei die Zylinder 23 gekühlt werden. Entsprechend wird die Innentemperatur der Zylinder 23 wirksam verringert, so dass die einströmende Luftmenge erhöht und folglich der Verbrennungsprozess gesteigert und die Leistung des Verbrennungsmotors verbessert werden können.
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Da insbesondere die Wasserzufuhrleitung 15 direkt mit den Einlassöffnungen 13 im Zylinderkopf 10 kommuniziert, kann der Durchfluss des zu den Zylindern gelieferten Wassers optimal gesteuert werden, im Vergleich zu dem Zustand in der verwandten Technik, bei dem Wasser einem Ausgleichsbehälter zugeführt wird. Ferner wird die Wasserzufuhrleitung 15 integral oder monolithisch ausgebildet, wenn die Einlassöffnungen 13 und der Zylinderkopf 10 gegossen werden, so dass die Herstellung einfach ist und die Herstellungskosten niedrig sind.
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Eine Mehrzahl Verbindungsöffnungen 17, die sich nach unten erstrecken und mit den Zylindern 23 kommunizieren, können in der Mitte der Wasserzufuhrleitung 15 ausgebildet sein.
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Das heißt, die Einlassöffnungen 13 erstrecken sich vom vorderen zum hinteren Ende des Zylinderkopfes 10 und die Wasserzufuhrleitung 15 verläuft von einem zum anderen Ende des Zylinderkopfes 10 über den Einlassöffnungen 13. Die Verbindungsöffnungen 17 erstrecken sich folglich von der Wasserzufuhrleitung 15 aus nach unten den Einlassöffnungen 13 entsprechend, so dass das in die Wasserzufuhrleitung 15 strömende Wasser auf natürliche Weise durch sein Eigengewicht in die Einlassöffnungen 13 strömt.
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Die Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Ventil 30 enthalten, das an einer Seite des Zylinderkopfes 10 angeordnet und mit einem Ende der Wasserzufuhrleitung 15 verbunden ist und die von der Wasserpumpe 40 zu den Einlassöffnungen 13 zu fördernde Wassermenge regelt.
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Das heißt, das Ventil 30 ist an einer Seite des Zylinderkopfes 10 angeordnet und kann die in die Wasserzufuhrleitung 15 strömende Wassermenge regeln. Deshalb kann die zu jedem Zylinder zu liefernde Wassermenge optimal gesteuert werden. Das Ventil 30 kann ein Magnetventil sein und von einer Steuerung z. B. einer Steuereinheit (ECU) des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom Zustand des Verbrennungsmotors zum Öffnen und Schließen gesteuert werden. Diese Konfiguration kann jedoch in Abhängigkeit von den Fahrzeugen geändert werden.
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Die Wasserpumpe 40 kann ferner außerhalb des Zylinderkopfes 10 angeordnet sein, um Wasser zum Ventil 30 zu fördern. Ferner kann ein Druckhalter 50, der das zum Ventil 30 zu fördernde Wasser mit Druck beaufschlagt, zwischen dem Ventil 30 und der Wasserpumpe 40 angeordnet sein. Das heißt, der Füllungsgrad der Zylinder kann durch Druckbeaufschlagung des von der Wasserpumpe 40 geförderten Wassers erhöht werden. Der Druckhalter 50 kann je nach Fahrzeug als ein Turbolader, eine Kraftstoffpumpe, eine Ölpumpe, oder als ein Zusatz-Druckluftzerstäuber dienen.
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Ferner fördert die Wasserpumpe 40 in einem Wasserbehälter 60 verbliebenes Wasser zu den Einlassöffnungen 13, und mindestens entweder Kondenswasser der Klimaanlage, von Kraftstoff getrenntes Wasser, von Öl getrenntes Wasser oder Wasser aus einer Brennstoffzelle strömt in den Wasserbehälter 60.
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Das heißt, der Verdampfer der Klimaanlage erzeugt im Allgemeinen bei der Kühlung in Fahrzeugen Wasser, aber das Wasser wird dem Wasserbehälter 60 zugeführt, wodurch zusätzlich Wasser zur Zylinderkühlung bereitgestellt werden kann. Wenn ein Fahrzeug alternativ mit einem Gerät ausgerüstet ist, das Wasser aus Kraftstoff oder Verbrennungsmotorenöl extrahiert, kann das Wasser von einem Wasserabscheider zum Wasserbehälter 60 geliefert werden. Ferner kann bei einem Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeug sichergestellt werden, dass Wasser, das durch eine Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird, dem Wasserbehälter 60 zur Zylinderkühlung zugeführt wird. Demnach braucht der Wasserbehälter 60 möglicherweise nicht in vorgeschriebenen Intervallen mit Wasser befüllt zu werden oder die Intervalle der Befüllung des Wasserbehälters 60 mit Wasser können verlängert werden, so dass die Wartungskosten für ein Fahrzeug gesenkt werden können.
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Da bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Wasser nicht direkt über die Wasserzufuhrleitung 15 in die Zylinder 23 eingespritzt, sondern durch die Einlassöffnungen 13 zugeführt wird, kann eine Wandbenetzung durch Besprühen mit Wasser verhindert und die Korrosionsbeständigkeit einer Laufbuchse verbessert werden.
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Bei der Zylinder-Kühleinrichtung für einen Verbrennungsmotor mit der oben beschriebenen Struktur kann der Zündzeitpunkt durch Verringern der Temperatur eines Brennraums vorverlegt werden, so dass Leistung und Drehmoment verbessert werden können.
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Da ferner eine Wasserzufuhrleitung in einem Zylinderkopf integriert ist, kann Wasser optimal zu jedem Zylinder verteilt werden.
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Ferner wird das gesamte Verbrennungs-Luft-Kraftstoffverhältnis verbessert, so dass der Wirkungsgrad erhöht wird. Des Weiteren tritt keine Wandbenetzung auf, so dass die Dauerhaltbarkeit einer Laufbuchse verbessert wird und die Wartungskosten gesenkt werden können.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „oberer, obere, oberes“, „unterer, untere, unteres“, „innerer, innere, inneres“ und „äußerer, äußere, äußeres“ usw. zur Beschreibung von Merkmalen der Ausführungsbeispiele in Bezug auf Positionen solcher Merkmale bei ihrer Darstellung in den Figuren verwendet.
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Die obigen Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen zu Beispiel- und Beschreibungszwecken. Sie sind nicht erschöpfend oder sollen die Erfindung nicht auf die offenbarten Formen beschränken, und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit andere Fachleute verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen ausführen und nutzen können. Der Gültigkeitsbereich der Erfindung soll durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylinderkopf
- 13
- Einlassöffnung
- 15
- Wasserzufuhrleitung
- 23
- Zylinder
- 30
- Ventil
- 40
- Wasserpumpe
- 50
- Druckhalter
- 60
- Wasserbehälter
