DE102019113497B4

DE102019113497B4 - Internal combustion engine arrangement and method for injecting water in such an internal combustion engine arrangement

Info

Publication number: DE102019113497B4
Application number: DE102019113497.8A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Voss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: DE102019113497A1

Abstract

Brennkraftmaschinenanordnung mit mindestens einem Zylinderblock, in dem mindestens ein Zylinder (50) vorgesehen ist, und mindestens einem Zylinderkopf (4), wobei in dem Zylinder (50) ein Brennraum (60) vorgesehen ist, der durch einen Kolben und den Zylinderkopf (4) begrenzt ist, wobei in dem Zylinderkopf (4) eine Einlasskanalanordnung (6) mit mindestens einem Einlasskanal (8,10,12,14;52,54) mit einem Einlassventil (62,64) und eine Auslasskanalanordnung (16) mit mindestens einem Auslasskanal (56,58) mit einem Auslassventil (66,68) vorgesehen sind, wobei im Zylinderkopf (4) zumindest ein Wassereinspritzventil (26,28,30,32;76,78) vorgesehen ist, um Wasser in den mindestens einen Einlasskanal (8,10,12,14;52,54) zu führen, wobei im Zylinderkopf (4) mindestens eine durchgehende Aufnahmebohrung (34,36,38,40;70,72) mit einer Wassereinspritzöffnung (42;74) für ein Wassereinspritzventil (26,28,30,32;76,78) vorgesehen ist, das in fluidischer Verbindung mit dem Einlasskanal (8,10,12,14;52,54) steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskanalanordnung (6) mindestens einen Tumble-Einlasskanal (54) und höchstens zwei Tumble-Einlasskanäle (54) aufweist denen jeweils ein Wassereinspritzventil (78) im Bereich vor dem Einlassventil (64) zugeordnet ist.Internal combustion engine arrangement with at least one cylinder block, in which at least one cylinder (50) is provided, and at least one cylinder head (4), a combustion chamber (60) being provided in the cylinder (50) which is formed by a piston and the cylinder head (4) is limited, wherein in the cylinder head (4) an inlet port arrangement (6) with at least one inlet port (8,10,12,14; 52,54) with an inlet valve (62,64) and an outlet port arrangement (16) with at least one outlet port (56,58) are provided with an outlet valve (66,68), at least one water injection valve (26,28,30,32;76,78) being provided in the cylinder head (4) in order to inject water into the at least one inlet port (8th ,10,12,14;52,54), with at least one continuous receiving bore (34,36,38,40;70,72) with a water injection opening (42;74) for a water injection valve (26 ,28,30,32;76,78) which is in fluid communication with the inlet channel (8,10,12,14;52,54). t, characterized in that the intake port arrangement (6) has at least one tumble intake port (54) and at most two tumble intake ports (54), each of which is assigned a water injection valve (78) in the area in front of the intake valve (64).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenanordnung mit mindestens einem Zylinderblock, in dem mindestens ein Zylinder vorgesehen ist, und mindestens einem Zylinderkopf, wobei in dem Zylinder ein Brennraum vorgesehen ist, der durch einen Kolben und den Zylinderkopf begrenzt ist, wobei in dem Zylinderkopf eine Einlasskanalanordnung mit mindestens einem Einlasskanal mit einem Einlassventil und einer Auslasskanalanordnung mit mindestens einem Auslasskanal mit einem Auslassventil vorgesehen sind, wobei im Zylinderkopf zumindest ein Wassereinspritzventil vorgesehen ist, um Wasser in dem mindestens einen Einlasskanal zu führen, wobei im Zylinderkopf mindestens eine Aufnahmebohrung für ein Wassereinspritzventil vorgesehen ist, die in Verbindung mit dem Einlasskanal steht. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Einspritzen von Wasser bei einer derartigen Brennkraftmaschinenanordnung.The invention relates to an internal combustion engine arrangement with at least one cylinder block, in which at least one cylinder is provided, and at least one cylinder head, wherein a combustion chamber is provided in the cylinder, which is delimited by a piston and the cylinder head, wherein in the cylinder head an intake port arrangement with at least an intake port with an intake valve and an outlet port arrangement with at least one outlet port with an outlet valve are provided, with at least one water injection valve being provided in the cylinder head in order to conduct water in the at least one intake port, with at least one receiving bore for a water injection valve being provided in the cylinder head, which connected to the intake port. The invention also relates to a method for injecting water in such an internal combustion engine arrangement.

Derartige Brennkraftmaschinenanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Neben einer Brennstoffeinspritzanordnung, die geeigneten Brennstoff in den Brennraum einspritzt, ist ein Wassereinspritzventil vorgesehen, das Wasser in den wesentlichen Verbrennungsluft führenden Einlasskanal spritzt. Hierdurch soll eine Kühlung des Verbrennungsgases und damit eine Wirkungsgradverbesserung erreicht werden. Beispiele hierfür sind bekannt aus der DE 10 2017 204 055 A1 , DE 44 16 886 A1 , der DE 10 2013 020 421 A1 und der DE 10 2014 204 509 A1 . Diese bekannten Brennkraftmaschinenanordnungen weisen den Nachteil auf, dass eine Ausrichtung bzw. Anbringung der Wassereinspritzventile lediglich kompliziert vorzunehmen ist, da der zur Verfügung stehende Bauraum, insbesondere im Bereich des Zylinderkopfes, nur sehr gering ist. Darüber hinaus ist es aus den gattungsgemäßen Druckschriften DE 10 2014 222 472 A1 und DE 34 32 787 A1 bekannt, wobei im Zylinderkopf mindestens eine Aufnahmebohrung für ein Wassereinspritzventil vorgesehen ist, die in Verbindung mit dem Einlasskanal steht. Die hier dargestellten Anordnungen führten zwar zu einer besseren Ausnutzung des Bauraumes und zu einer einfacheren Montage, jedoch war der Wirkungsgrad immer noch nicht ausreichend für die stetig steigenden Anforderungen an den Verbrennungsprozess. Darüberhinaus ist aus der US 5 709 190 A eine Brennkraftmaschinenanordnung mit Tumbleeinlasskanälen bekannt. Auch zeigt die DE 44 37 947 A1 eine Tumble-Bewegung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschinenanordnung, die mittels Zusatzfluidströmen beeinflusst wird.Such internal combustion engine arrangements are well known from the prior art. In addition to a fuel injection system, which injects suitable fuel into the combustion chamber, a water injection valve is provided, which injects water into the intake port that carries the main combustion air. This is intended to achieve cooling of the combustion gas and thus an improvement in efficiency. Examples of this are known from DE 10 2017 204 055 A1 , DE 44 16 886 A1 , the DE 10 2013 020 421 A1 and the DE 10 2014 204 509 A1 . These known internal combustion engine arrangements have the disadvantage that the alignment or attachment of the water injection valves is only complicated to carry out since the space available, particularly in the area of the cylinder head, is very small. In addition, it is from the generic publications DE 10 2014 222 472 A1 and DE 34 32 787 A1 known, wherein at least one receiving bore for a water injection valve is provided in the cylinder head, which is in communication with the intake port. Although the arrangements shown here led to better utilization of the installation space and simpler assembly, the efficiency was still not sufficient for the constantly increasing demands on the combustion process. In addition, from the U.S. 5,709,190 A an internal combustion engine arrangement with tumble inlet channels is known. Also shows the DE 44 37 947 A1 a tumble movement in a combustion chamber of an internal combustion engine arrangement, which is influenced by additional fluid flows.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschinenanordnung sowie ein Verfahren zum Einspritzen von Wasser bei einer Brennkraftmaschinenanordnung bereit zu stellen, die den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise vermeidet.The object of the invention is therefore to provide an internal combustion engine arrangement and a method for injecting water in an internal combustion engine arrangement which avoids the disadvantage mentioned above in a simple and cost-effective manner.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Einlasskanalanordnung mindestens einen Tumble-Einlasskanal und höchstens zwei Tumble-Einlasskanäle aufweist denen jeweils ein Wassereinspritzventil im Bereich vor dem Einlassventil zugeordnet ist.. Im Reparaturfall kann ein derartig angeordnetes Wassereinspritzventil auch einfacher ersetzt werden. Zudem beeinflusst die Ausrichtung und Geometrie der Aufnahmebohrungen für das Wassereinspritzventil, die Richtung und Position des Wassereinspritzventils und damit die Ausrichtung des Sprays im Einlasskanal.This object is achieved in that the intake port arrangement has at least one tumble intake port and at most two tumble intake ports, each of which is assigned a water injection valve in the area in front of the intake valve. In the event of repairs, a water injection valve arranged in this way can also be replaced more easily. In addition, the alignment and geometry of the mounting holes for the water injection valve influence the direction and position of the water injection valve and thus the alignment of the spray in the intake port.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Wassereinspritzöffnung in unmittelbarer Nähe zum Einlassventil angeordnet. Hierdurch wird insbesondere eine Wasser-Wandanlagerung im Einlasskanal vermieden bzw. auf ein Minimum reduziert, wodurch das Wasser in optimaler Weise zur Kühlung des Verbrennungsgases genutzt werden kann.In a particularly advantageous embodiment, the water injection opening is arranged in the immediate vicinity of the inlet valve. In this way, in particular, water accumulation on the wall in the intake port is avoided or reduced to a minimum, as a result of which the water can be used in an optimal manner for cooling the combustion gas.

In besonders vorteilhafter Weise ist das Wasser in Form von Wasserspray in dem Einlasskanal einspritzbar. Hierdurch kann zum Einen eine optimale Verteilung im Brennraum stattfinden und zum Anderen wird die Oberfläche für den Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsgas und dem Wasser vergrößert, was zu einer weiteren Wirkungsgradverbesserung führt.In a particularly advantageous manner, the water can be injected into the inlet port in the form of water spray. As a result, on the one hand an optimal distribution can take place in the combustion chamber and on the other hand the surface area for the heat exchange between the combustion gas and the water is increased, which leads to a further improvement in efficiency.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Einlasskanalanordnung je Zylinder zwei Tumble-Einlasskanäle oder einen Tangential-Einlasskanal und einen Tumble-Einlasskanal auf, die jeweils mit einem in der durchgehenden Aufnahmebohrung sitzenden Wassereinspritzventil fluidisch verbunden sind. Hierbei gewährleisten die zwei Tumble-Einlasskanäle eine walzenförmige Verwirbelung der Verbrennungsluft und der Tangential-Einlasskanal und der Tumble-Einlasskanal eine kombinierte drallförmige und walzenförmige Verwirbelung der Verbrennungsluft, wodurch das eingespritzte Wasserspray in sehr günstiger Form in die Brennraummitte abgelenkt und verteilt wird.In a particularly advantageous embodiment, the intake port arrangement has two tumble intake ports per cylinder or one tangential intake port and one tumble intake port, each of which is fluidically connected to a water injection valve seated in the through-bore. The two tumble intake ducts ensure a cylindrical turbulence of the combustion air, and the tangential intake duct and the tumble intake duct ensure a combined twisting and cylindrical turbulence of the combustion air, which means that the injected water spray is deflected and distributed in a very favorable way in the center of the combustion chamber.

In vorteilhafter Weise ist in der am Zylinderkopf angeflanschten Saug- bzw. Druckanlage eine integrierte Wasserrail mit einem Wasseranschluss vorgesehen, die fluidisch mit den Wassereinspritzventilen verbunden ist.An integrated water rail with a water connection is advantageously provided in the intake or pressure system flanged to the cylinder head, which water rail is fluidically connected to the water injection valves.

Natürlich kann die Wasserrail, bei mehrreihigen Motoren je eine pro Zylinderreihe, auch als separates Bauteil, z.B. in Edelstahl, ausgeführt sein, ebenfalls mit einem Wasseranschluss und mit allen Wassereinspritzventilen fluidisch verbunden.Of course, the water rail, one for each row of cylinders in multi-row engines, can also be designed as a separate component, e.g. made of stainless steel. also fluidically connected to a water connection and to all water injection valves.

Zudem kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die das mindestens eine Wassereinspritzventil je Zylinder in Abhängigkeit von mindestens einem Einlassventilöffnungsquerschnitt ansteuert, um auf diese Art und Weise zum optimalen Zeitpunkt das Wasser einzuspritzen.In addition, a control device can be provided which controls the at least one water injection valve per cylinder as a function of at least one intake valve opening cross section in order to inject the water at the optimal time in this way.

Die Erfindung wird ebenfalls gelöst, durch ein Verfahren zum Einspritzen von Wasser bei einer derartigen Brennkraftmaschinenanordnung, wobei das Wasser als Wasserspray bei geöffnetem Einlassventil mittels des Wassereinspritzventils bzw. der Wassereinspritzventile durch den Einlasskanal bzw. die Einlassteilkanäle in den Brennraum gespritzt wird.The invention is also achieved by a method for injecting water in such an internal combustion engine arrangement, the water being sprayed as a water spray when the intake valve is open by means of the water injection valve or the water injection valves through the intake port or the partial intake ports into the combustion chamber.

Die Einstellung von Einspritzzeitpunkt und Einspritzdauer des Wassers kann dabei ausschließlich für die Einspritzung durch das offene Einlassventil erfolgen als auch, wenn erforderlich, zusätzlich zumindest teilweise für eine Vorlagerung vor dem Einlassventil.The injection timing and injection duration of the water can be adjusted exclusively for the injection through the open inlet valve and, if necessary, also at least partially for an upstream storage before the inlet valve.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung in einer ersten Ausführungsform,
2a, 2b Schnittansichten im Bereich von Einlasskanälen einer Brennkraftmaschinenanordnung in einer zweiten Ausführungsform, und
3, 4 und 5 eine Unteransicht eines Zylinderkopfes der Brennkraftmaschinenanordnung aus den 2a, 2b.

The invention is explained in more detail with reference to a drawing, which shows:

1 a partially sectioned perspective view of an internal combustion engine arrangement according to the invention in a first embodiment,
2a , 2 B Sectional views in the area of intake ports of an internal combustion engine arrangement in a second embodiment, and
3 , 4 and 5 a bottom view of a cylinder head of the internal combustion engine assembly of FIGS 2a , 2 B .

1 zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschinenanordnung 2 als sogenannter V-Motor ausgebildet, von dem hier ein Zylinderkopf 4 dargestellt ist, der eine Einlasskanalanordnung 6 mit Einlasskanälen 8,10,12,14 und zweiten Einlassteilkanälen 18,20,22,24 aufweist. Der Zylinderkopf 4 verschließt auf bekannte Weise einen hier nicht weiter dargestellten Zylinderblock, in dem vier Zylinder mit jeweils einem Brennraum vorgesehen sind, die auf bekannte Weise durch einen Kolben und den Zylinderkopf begrenzt sind. Dem jeweiligen Einlasskanal 8,10,12,14 ist auf bekannte Weise jeweils ein nicht weiter dargestelltes Einlassventil und dem jeweiligen zweiten Einlasskanal 18,20,22,24 jeweils ein zweites Einlassventil zugeordnet. 1 shows a partially sectioned perspective view of an internal combustion engine arrangement 2 according to the invention. In the present exemplary embodiment, the internal combustion engine arrangement 2 is designed as a so-called V-engine, of which a cylinder head 4 is shown here, which has an intake port arrangement 6 with intake ports 8,10,12,14 and second partial intake ports 18,20,22,24. The cylinder head 4 closes in a known manner a cylinder block not shown here, in which four cylinders are provided, each with a combustion chamber, which are delimited in a known manner by a piston and the cylinder head. In a known manner, the respective intake channel 8,10,12,14 is assigned an intake valve (not shown) and the respective second intake channel 18,20,22,24 is assigned a second intake valve.

Um nun über eine Verbesserung der Verbrennungsschwerpunktlage und über den entfallenden Anfettungsbedarf eine Wirkungsgradverbesserung sowie über die Senkung der Prozesstemperaturen eine Reduktion der Abwärme zu erreichen, wird in die einzelnen Einlasskanäle 8,10,12,14 mittels Wassereinspritzventilen 26,28,30,32 Wasser zugeführt. Um nun den zur Verfügung stehenden Bauraum flexibler nutzen zu können, die Montage zu vereinfachen und im Reparaturfall die Wassereinspritzventile 26,28,30,32 einfacher ersetzen zu können, ist erfindungsgemäß jedem Einlasskanal 8,10,12,14 eine durchgehende Aufnahmebohrung 34,36,38,40 zugeordnet, die zum jeweiligen Einlasskanal 8,10,12,14 eine Öffnung 42 besitzt, durch die das Wasser in den Einlasskanal 8,10,12,14 eingespritzt wird. In besonders vorteilhafter Art und Weise findet hierbei eine Kühlung des Verbrennungsgases dadurch statt, dass das Wasser als Wasserspray eingespritzt wird, da hierdurch die für einen Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert wird und es zudem einfacher für die Luftströmung in den jeweiligen Einlasskanälen 8,10,12,14 ist, das Wasser mitzuführen und eine optimale Verteilung im Brennraum zu gewährleisten. Die Einspritzung in Sprayform und die Einspritzrichtung kann auch maßgeblich durch die Ausrichtung der Wassereinspritzventile und der Ausrichtung des Sprays und der Spraywinkel am Wassereinspritzventil beeinflusst werden. In vorteilhafter Weise ist eine nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen, die die Einspritzventile 26,28,30,32,76,78 in Abhängigkeit von der Öffnung der Einlassventile ansteuert, sodass lediglich Wasser bei geöffnetem Einlassventil in den jeweiligen Einlasskanal 8,10,12,14 eingespritzt wird. Zusätzlich zur Einspritzung bei offenem Einlassventil kann das Wasser, wenn erforderlich, auch mit einer längeren Einspritzzeit zumindest teilweise vor Einlassventilöffnung vorgelagert werden.In order to achieve an improvement in efficiency by improving the combustion center of gravity and eliminating the need for enrichment and reducing the waste heat by lowering the process temperatures, water is fed into the individual inlet channels 8,10,12,14 by means of water injection valves 26,28,30,32 . In order to be able to use the available space more flexibly, to simplify assembly and to be able to replace the water injection valves 26,28,30,32 more easily in the event of repairs, each inlet channel 8,10,12,14 has a continuous receiving bore 34,36 according to the invention ,38,40 assigned, which has an opening 42 for the respective inlet channel 8,10,12,14, through which the water is injected into the inlet channel 8,10,12,14. In a particularly advantageous manner, the combustion gas is cooled by injecting the water as a water spray, since this increases the surface area available for heat exchange and also makes it easier for the air flow in the respective inlet channels 8, 10, 12.14 is to carry the water along and to ensure optimal distribution in the combustion chamber. Injection in spray form and injection direction can also be significantly influenced by the orientation of the water injectors and the orientation of the spray and the spray angle at the water injector. Advantageously, a control device, not shown, is provided, which controls the injection valves 26,28,30,32,76,78 depending on the opening of the inlet valves, so that only water when the inlet valve is open in the respective inlet channel 8,10,12, 14 is injected. In addition to the injection when the intake valve is open, the water can, if necessary, also be stored at least partially before the intake valve opens with a longer injection time.

Die Wassereinspritzventile werden darüber hinaus im vorgesehenen Betriebskennfeld mit Wassereinspritzung von weiteren Betriebsparametern abhängig angesteuert, wie z.B. der Motorlast, Drehzahl, Kühlwassertemperatur, Abgastemperatur.The water injection valves are also controlled in the intended operating map with water injection depending on other operating parameters, such as engine load, engine speed, cooling water temperature, exhaust gas temperature.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden jedem Zylinder zwei Wassereinspritzventile zugeordnet, wobei in jedem Einlasskanal ein Wassereinspritzventil unmittelbar vor dem jeweiligen Einlassventil angeordnet ist. Diese können von der Steuervorrichtung unabhängig voneinander angesteuert werden.In a particularly advantageous embodiment, each cylinder is assigned two water injection valves, with a water injection valve being arranged directly in front of the respective intake valve in each intake port. These can be controlled independently of one another by the control device.

In der Druckanlage 5 ist eine integrierte Wasserrail 44 vorgesehen, mit der die Wassereinspritzventile 26,28,30,32 fluidisch verbunden sind. Die Wasserrail 44 besitzt hierzu einen Wasseranschluss 46.An integrated water rail 44 is provided in the pressure system 5, with which the water injection valves 26, 28, 30, 32 are fluidly connected. The water rail 44 has a water connection 46 for this purpose.

Wie erwähnt kann die Wasserrail 44 natürlich auch als separates Bauteil, z.B. in Edelstahl, ausgeführt sein.As mentioned, the water rail 44 can of course also be designed as a separate component, for example made of stainless steel.

Die 2a, 2b zeigen eine Schnittansicht und die 3 eine Unteransicht einer Brennkraftmaschinenanordnung 2, die als Boxermotor ausgeführt ist. Hierbei sind die Einlass- und Auslasskanalanordnungen 6,16 derart ausgeführt, dass einem Zylinder 50 jeweils zwei Einlassteilkanäle 52,54 und zwei Auslassteilkanäle 56,58 zugeordnet sind. Wie den 2a und 2b zu entnehmen ist, ist der Einlasskanal 52 als sogenannter Tangential-Einlasskanal ausgeführt und der Einlasskanal 54 als sogenannter Tumble-Einlasskanal ausgeführt. Der Tangential-Einlasskanal 52 und der Tumble-Einlasskanal 54 sorgen für eine spezielle Verwirbelung der Verbrennungsluft und des eingespritzten Wassersprays im Brennraum 60, der durch den Zylinderkopf 4 und einen nicht weiter dargestellten Kolben begrenzt wird. Sowohl der Tangential-Einlasskanal 52 als auch der Tumble-Einlasskanal 54 werden jeweils durch ein Einlassventil 62,64 geöffnet bzw. geschlossen. In gleicher Form werden auch die Auslasskanäle 56,58 durch Auslassventile 66,68 geöffnet und geschlossen.the 2a , 2 B show a sectional view and the 3 a bottom view of an internal combustion engine assembly 2, which is designed as a boxer engine. In this case, the inlet and outlet channel arrangements 6,16 are designed in such a way that a cylinder 50 is assigned two inlet sub-channels 52,54 and two outlet sub-channels 56,58. Like the 2a and 2 B can be seen, the intake port 52 is designed as a so-called tangential intake port and the intake port 54 is designed as a so-called tumble intake port. The tangential inlet channel 52 and the tumble inlet channel 54 ensure a special turbulence of the combustion air and the injected water spray in the combustion chamber 60, which is delimited by the cylinder head 4 and a piston (not shown). Both the tangential intake port 52 and the tumble intake port 54 are each opened or closed by an intake valve 62,64. In the same way, the outlet channels 56,58 are opened and closed by outlet valves 66,68.

Jedem Tangential-Einlasskanal 52 und Tumble-Einlasskanal 54 ist erfindungsgemäß je ein Wassereinspritzventil 76,78 zugeordnet, sodass Wasser als Wasserspray in den Tangential-Einlasskanal 52 und den Tumble-Einlasskanal 54 bei geöffnetem Einlassventil 62,64 eingespritzt wird. Jedem Zylinder sind also zwei Wassereinspritzventile 76,78 zugeordnet. Die Wassereinspritzventilspitze ist bündig, nahe am oder bis in Einlasskanal ragend oder alternativ, wenn aus konstruktiven Gründen erforderlich, etwas zurückversetzt in der Aufnahmebohrung bzw. Wassereinlasskanal positioniert.According to the invention, each tangential intake port 52 and tumble intake port 54 is assigned a water injection valve 76,78 so that water is injected as a water spray into the tangential intake port 52 and the tumble intake port 54 when the intake valve 62,64 is open. Two water injection valves 76, 78 are therefore assigned to each cylinder. The water injection valve tip is positioned flush, protruding close to or as far as the inlet channel or, alternatively, if necessary for design reasons, it is set back a little in the mounting hole or water inlet channel.

Die Wassereinspritzöffnung 70, 72 ist hierbei in unmittelbarer Nähe 74 zum jeweiligen Einlassventil 62,64 angeordnet.The water injection opening 70, 72 is here arranged in the immediate vicinity 74 to the respective inlet valve 62,64.

3 zeigt die Unteransicht des Zylinderkopfes 4 mit kombiniertem Tangential- und Tumble-Einlasskanal 52,54 mit den entsprechend angepassten Wasser-Sprayausrichtungen der zwei Wassereinspritzventile 76,78 je Zylinder. 3 shows the bottom view of the cylinder head 4 with a combined tangential and tumble inlet channel 52.54 with the correspondingly adapted water spray alignments of the two water injection valves 76.78 per cylinder.

4 zeigt die Unteransicht des Zylinderkopfes 4 mit zwei Tumble-Einlasskanälen 54 und den entsprechenden Wasser-Sprayausrichtungen der zwei Wassereinspritzventile 76,78 je Zylinder. 4 shows the bottom view of the cylinder head 4 with two tumble intake ports 54 and the corresponding water spray alignments of the two water injection valves 76.78 per cylinder.

In dieser vorteilhaften Ausführung werden die Mittelachsen der Wassersprays innen an den Ventilschäften vorbeigeführt, also zwischen Ventilschaft und Kanalwand für eine weiter minimierte Wasseranlagerung in diesem Bereich.In this advantageous design, the central axes of the water spray are guided past the inside of the valve stems, i.e. between the valve stem and the channel wall, for further minimized water accumulation in this area.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden die zwei Wassereinspritzventile 76,78 je Zylinder auf die jeweilige Einlasskanalmitte oder weiter aussen positioniert und die zwei Wassersprays werden durch einen jeweils nach innen abgeknickten Spraywinkel am Wassereinspritzventil 76,78 auf die Brennraummitte aufeinandertreffend ausgerichtet, wodurch eine sehr günstige Voraussetzung für die Kühlwirkung im Brennraum bei minimaler Wandanlagerung mit hoher Effizienz des Brennverfahrens mit Wassereinspritzung geschaffen wird (5).In a further advantageous embodiment, the two water injection valves 76, 78 per cylinder are positioned on the respective center of the intake port or further outwards and the two water sprays are aligned to meet at the center of the combustion chamber by means of a spray angle on the water injection valve 76, 78 that is bent inwards, which creates a very favorable prerequisite for the cooling effect in the combustion chamber with minimal wall accumulation with high efficiency of the combustion process with water injection is created ( 5 ).

Claims

Internal combustion engine arrangement with at least one cylinder block, in which at least one cylinder (50) is provided, and at least one cylinder head (4), a combustion chamber (60) being provided in the cylinder (50) which is formed by a piston and the cylinder head (4) is limited, wherein in the cylinder head (4) an inlet port arrangement (6) with at least one inlet port (8,10,12,14; 52,54) with an inlet valve (62,64) and an outlet port arrangement (16) with at least one outlet port (56,58) are provided with an outlet valve (66,68), at least one water injection valve (26,28,30,32;76,78) being provided in the cylinder head (4) in order to inject water into the at least one inlet port (8th ,10,12,14;52,54), with at least one continuous receiving bore (34,36,38,40;70,72) with a water injection opening (42;74) for a water injection valve (26 ,28,30,32;76,78) which is in fluid communication with the inlet channel (8,10,12,14;52,54). t, characterized in that the intake port arrangement (6) has at least one tumble intake port (54) and at most two tumble intake ports (54), each of which is assigned a water injection valve (78) in the area in front of the intake valve (64).

Internal combustion engine arrangement claim 1 , characterized in that the water injection opening of the water injection valve (42; 74) is arranged in the immediate vicinity of the inlet valve (62, 64).

Internal combustion engine arrangement according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the water can be injected into the inlet channel (8,10,12,14;52,54) in the form of water spray.

Internal combustion engine arrangement according to one of Claims 1 - 3 , characterized in that the intake port arrangement (6) has a tangential intake port (52) and a tumble intake port (54), each of which has a water injection valve (76, 78) in the area in front of the intake valve (62, 64).

Internal combustion engine arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an integrated water rail (44) with a water connection (46) is provided in the pressure system (5) flanged to the cylinder head (4), which is fluidically connected to the water injection valves (26, 28, 30, 32) is connected.

Internal combustion engine arrangement according to one of Claims 1 - 4 , characterized in that a water rail (44) is designed as a separate component, in particular made of stainless steel, which is fluidically connected to a water connection with the water injection valves (76, 78).

Internal combustion engine arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a control device is provided which controls the at least one water injection valve (26,28,30,32;76,78) as a function of at least one inlet valve opening cross section, ie from the opening to the closing time of the inlet valves (62,64) and other operating parameters, such as in particular load, speed, cooling water and exhaust gas temperature.

Method for injecting water in an internal combustion engine arrangement claim 7 , characterized in that the water is sprayed into the inlet channel (8, 10, 12, 14, 52, 54) as a water spray when the inlet valve is open.

Method for injecting water in an internal combustion engine arrangement claim 8 , characterized in that the water is additionally stored at least partially in front of the inlet valve opening.