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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine.
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Um eine Funktionsfähigkeit einer Vorkammerzündung bei einer Verbrennungskraftmaschine über einen besonders großen Kennfeldbereich der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen, sind dem Stand der Technik verschiedene Ansätze als bekannt zu entnehmen.
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So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2018 114 035 A1 ein System, umfassend einen Brennraum, der durch einen an einen Zylinderblock gekoppelten Zylinderkopf ausgebildet wird, eine Vorkammer, die mit dem Brennraum in Fluidverbindung steht, einen Spülkanal, der an die Vorkammer gekoppelt und dazu aufgebaut ist, Spülluft in die Vorkammer zu strömen, wobei die Strömung der Spülluft durch den Betrieb einer Spülpumpe angetrieben wird und einen Kolben, der im Inneren des Brennraums angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine zuverlässige Spülung eines Vorkammerinnenraums einer Vorkammer über einen besonders großen Kennfeldbereich der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt und dabei die Spülung aufwandsarm umgesetzt werden kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Zylinderkopf, mit wenigstens einem Gaswechselventil, welches zumindest zwischen einer Öffnungsposition, in welcher das wenigstens eine Gaswechselventil ein Einströmen von Fluid aus einem Einlasskanal des Zylinderkopfes in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine freigibt, und einer Schließposition, in welcher das wenigstens eine Gaswechselventil das Einströmen von Fluid aus dem Einlasskanal in den Brennraum unterbindet, verstellbar ist, und mit einer Vorkammer, welche eine, einen Vorkammerinnenraum der Vorkammer von dem Brennraum abgrenzende Vorkammerwand mit zumindest einer, den Vorkammerinnenraum mit dem Brennraum fluidleitend verbindenden Durchgangsöffnung aufweist. Die zumindest eine Durchgangsöffnung kann beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine Strahlausbreitung eines beispielsweise mittels einer, der Vorkammer zugeordneten Zündquelle entflammten Gemisches, beispielsweise eines Fluid-Kraftstoff-Gemisches, ausgehend von dem Vorkammerinnenraum in den Brennraum ermöglichen. So kann beispielsweise eine als Zündkerze ausgebildete Zündquelle das zündfähige Gemisch entflammen, wodurch sich das entflammte Gemisch von dem Vorkammerinnenraum über die zumindest eine Durchgangsöffnung in den Brennraum ausbreiten und in dem Brennraum enthaltenes Luft-Kraftstoff-Gemisch entflammen kann. Das Fluid kann Frischluft umfassen. Zusätzlich zu der Frischluft kann das Fluid Abgas umfassen, insbesondere infolge eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine unter Rückführung von Abgas in den Brennraum, also unter Abgasrückführung. Das Fluid kann also beispielsweise eine Frischluft-AbgasMischung umfassen.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine wenigstens einen, sich zumindest bereichsweise durch den Zylinderkopf erstreckenden Verbindungskanal umfasst, über welchen der Einlasskanal unter Umgehung des Brennraums fluidleitend mit dem Vorkammerinnenraum verbunden ist, und das wenigstens eine Gaswechselventil einen Ventilschaft mit einem Schaftbereich aufweist, welcher den Verbindungskanal in zumindest einer ersten Ventilstellung des wenigstens einen Gaswechselventils zur Durchströmung mit Fluid und dadurch ein Spülen des Vorkammerinnenraums über den wenigstens einen Verbindungskanal freigibt und in zumindest einer zweiten Ventilstellung verschließt und dadurch das Spülen des Vorkammerinnenraums über den wenigstens einen Verbindungskanal zumindest behindert. Dies ist von Vorteil, da das Gaswechselventil somit nicht nur die Funktion eines Ladungswechsels, bei welchem das Fluid in der Öffnungsposition des Gaswechselventils über den Einlasskanal unmittelbar in den Brennraum gelangt, sondern auch das Freigeben und Blockieren des gezielten Spülens des Vorkammerinnenraums mit dem Fluid übernehmen kann. Aufgrund der Möglichkeit den Verbindungskanal in der ersten Ventilstellung für dessen Durchströmung mit dem Fluid und dadurch das Spülen des Vorkammerinnenraums freizugeben, kann über einen besonders großen Kennfeldbereich der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt werden, dass der Vorkammerinnenraum zuverlässig mit dem Fluid gespült wird. Dies ist damit zu begründen, dass das Gaswechselventil ohnehin für den Ladungswechsel, also für das unmittelbare Einleiten des Fluids aus dem Einlasskanal in den Brennraum herangezogen und hierzu einer Linearbewegung in Axialerstreckungsrichtung des Ventils und damit des Ventilschaftes unterworfen wird. Bei dieser Linearbewegung kann nicht nur wahlweise die Öffnungsposition und die Schließposition des Gaswechselventils eingestellt werden, sondern auch die erste Ventilstellung und die zweite Ventilstellung. Mit anderen Worten kann also das Gaswechselventil dazu genutzt werden, das Fluid gezielt unmittelbar von dem Einlasskanal in den Brennraum sowie von dem Einlasskanal über den Verbindungskanal in den Vorkammerinnenraum zu führen. Unter dem Ausdruck „zumindest behindert“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass das Spülen entweder vollständig unterbunden, oder zumindest im Vergleich zur ersten Ventilstellung stark gedrosselt und damit verringert ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine aufwandsarme und gleichzeitig sogar über einen gesamten Kennfeldbereich (beispielsweise Drehzahl-Drehmoment-Kennfeldbereich) wirksame Spülung des Vorkammerinnenraums erzielt werden kann, indem der Schaftbereich derart ausgestaltet ist, dass Letzterer in der ersten Ventilstellung die Durchströmung des Verbindungskanals freigibt und in der zweiten Ventilstellung zumindest behindert oder vollständig unterbindet. Der Verbindungskanal kann dabei als Spülleitung im Zylinderkopf dienen, über welche der Einlasskanal mit dem Vorkammerinnenraum fluidleitend verbunden ist. In der zweiten Ventilstellung übernimmt der Schaftbereich des Ventilschaftes dabei eine Absperrungsfunktion, sodass kein Fluid mehr in der zweiten Ventilstellung aus dem Einlasskanal über den Verbindungskanal in den Vorkammerinnenraum und/oder umgekehrt von dem Vorkammerinnenraum über den Verbindungskanal in den Einlasskanal strömen kann.
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Der Verbindungskanal kann also zusammenfassend in vorteilhafter Weise im Takt der Bewegung des Gaswechselventils zwischen dessen Öffnungsposition und dessen Schließposition auch gleichzeitig zwischen der ersten Ventilstellung und der zweiten Ventilstellung bewegt werden, sodass eine wirksame und zuverlässige Versorgung des Vorkammerinnenraums mit Fluid, insbesondere Frischluft, aus dem Einlasskanal über den Verbindungskanal gewährleistet werden kann. Vorzugsweise kann im Falle einer Saugrohreinspritzung, also einer Einspritzung von Kraftstoff in den Einlasskanal über den Verbindungskanal auch eine zusätzliche Einbringung von Kraftstoff in den Vorkammerinnenraum erfolgen, sodass in vorteilhafter Weise auch ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch als das Fluid über den Verbindungskanal in den Vorkammerinnenraum gelangen kann. Eine erwünschte Menge an über den Verbindungskanal in den Vorkammerinnenraum geförderten Kraftstoffs kann über eine vorbestimmte Lage wenigstens eines Einspritzventils einer Einspritzvorrichtung der Verbrennungskraftmaschine und/oder über eine Ausrichtung einer Verbindungskanal-Mündung, also einer an einer Einmündungsstelle angeordneten Mündung des Verbindungskanals in den Einlasskanal vorgegeben werden.
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Der Ventilschaft kann allgemein in Axialerstreckungsrichtung des Gaswechselventils oberhalb und zusätzlich oder alternativ unterhalb des Schaftbereiches zylinderförmig geformt sein, wobei unterhalb des Schaftbereiches ein Ventilteller des Gaswechselventils angeordnet sein kann. Mit anderen Worten kann also der Schaftbereich allgemein von dem Ventilteller und/oder von einem trompetenförmigen Übergangsbereich zwischen dem Ventilteller und dem Ventilschaft beabstandet sein, also einen Abstand aufweisen, über welchen der Ventilschaft zylinderförmig geformt sein kann.
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Vorzugsweise kann der Ventilschaft zumindest bereichsweise hohlzylindrisch ausgebildet sein. So kann der Ventilschaft in Axialerstreckungsrichtung oberhalb und/oder unterhalb des Schaftbereiches einen entsprechenden Hohlzylinderbereich aufweisen, also einen Bereich, über welchen der Ventilschaft als Hohlzylinder ausgebildet ist. Dadurch kann Gewicht eingespart und besonders große Werte für eine Ventilbeschleunigung beim Bewegen des Gaswechselventils erreicht werden.
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Die Vorkammer kann allgemein als passive Vorkammer ausgebildet sein und betrieben werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Schaftbereich zumindest eine Aussparung und/oder zumindest eine Durchgangsöffnung, entlang welcher das Fluid zumindest in der ersten Ventilstellung führbar ist. Dies stellt eine besonders einfach herzustellende, robuste und damit ausfallsichere Ausgestaltung des Schaftbereiches dar, welche das Führen des Fluids, also im Allgemeinen das Entlangströmen am Schaftbereich oder das Durchströmen des Schaftbereiches ermöglicht.
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Die Aussparung und/oder Durchgangsöffnung kann bevorzugt einen sich in Axialerstreckungsrichtung ändernden Aussparungsquerschnitt und/oder Durchgangsöffnungsquerschnitt aufweisen. Dadurch kann eine gezielte Einstellung der Durchströmung in Abhängigkeit von einem Ventilhub des Gaswechselventils erfolgen. Die Menge an über den Verbindungskanal geführten Fluids kann dadurch auf verbesserte Weise in Abhängigkeit von einer Ventilhubhöhe (Höhe eines Ventilhubes) des Gaswechselventils eingestellt werden, also in Abhängigkeit davon, wie weit der Schaftbereich bei der Verlagerung des Gaswechselventils in den Verbindungskanal eingeführt wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Schaftbereich eine Verjüngung auf, über welche das Fluid zumindest in der ersten Ventilstellung führbar ist. Dadurch kann mittels des Schaftbereiches auf wirksame Weise eine gezielte Dosierung des über den Verbindungskanal führbaren Fluids erfolgen.
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Die Verbrennungskraftmaschine kann allgemein eine Ventiltriebvorrichtung zur variablen, insbesondere vollvariablen, Einstellung eines Ventilhubes des Gaswechselventils aufweisen. Dadurch kann eine besonders bedarfsgerechte Dosierung des beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine über den Verbindungskanal geführten Fluids erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung behindert der Ventilschaft die Durchströmung des wenigstens einen Verbindungskanals in der Schließposition zumindest. Dadurch kann aufgrund der Schließposition in vorteilhafter Weise nicht nur ein unerwünschtes Rückströmen des Fluids aus dem Brennraum direkt in den Einlasskanal unterbunden, sondern auch das Rückströmen des Fluids von dem Vorkammerinnenraum in den Verbindungskanal zumindest behindert werden. Das Gaswechselventil dichtet dann also nicht nur den Brennraum gegenüber einem Ausströmen (dem Rückströmen) des Fluids ab, sondern übernimmt auch die Abdichtung des Verbindungskanals zumindest teilweise, bevorzugt vollständig. Mit anderen Worten kann sich das Gaswechselventil gleichzeitig in der Schließposition und in der zweiten Ventilstellung befinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Ventilschaft einen verdickten und/oder gewölbten Ventilschaftbereich, welcher zumindest in der zweiten Ventilstellung zumindest im Wesentlichen dichtend in eine komplementär zu dem verdickten und/oder gewölbten Ventilschaftbereich geformte Ausnehmung einer in dem Zylinderkopf angeordneten Ventilführung für das wenigstens eine Gaswechselventil eingeführt ist. Dadurch kann der Verbindungskanal in der zweiten Ventilstellung besonders vorteilhaft abgedichtet werden, um eine unerwünschte Durchströmung des Verbindungskanals mit dem Fluid zu unterbinden. Je nach Ausgestaltung des Gaswechselventils kann es jedoch auch vorteilhaft sein, eine geringfügige Leckage über den Verbindungskanal in der zweiten Ventilstellung zuzulassen, um eine etwaige Doppelpassung zu vermeiden, bei welcher das Gaswechselventil einerseits über einen Ventilsitz den Brennraum abdichtet und der verdickte und/oder gewölbte Ventilschaftbereich andererseits dichtend in die Ausnehmung eingeführt ist.
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Der Ventilschaftbereich kann allgemein einem Teilbereich des Schaftbereichs entsprechen. Der Schaftbereich kann den Ventilschaftbereich also umfassen.
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Denkbar ist auch, dass an dem verdickten und gewölbten Ventilschaftbereich und/oder an der komplementär zu dem verdickten und gewölbten Ventilschaftbereich geformten Ausnehmung eine elastische, dichtende Beschichtung, insbesondere angeformte Beschichtung oder ein elastisches, dichtendes Dichtelement angeordnet ist. Das Dichtelement kann allgemein ebenfalls angeformt sein, also eine zu dem Ventilschaftbereich und/oder der Ausnehmung komplementäre Form aufweisen. Dadurch kann eine gute Abdichtung in der zweiten Ventilstellung bei gleichzeitiger Vermeidung einer Doppelpassung in der Schließposition sichergestellt werden, wenn die Schließposition und die zweite Ventilposition gleichzeitig vorliegen.
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Die Ventilführung kann bereichsweise einen zylinderförmigen Führungsabschnitt, welcher zur axialen Führung des Gaswechselventils bei dessen Bewegung zwischen der Öffnungsposition und der Schließposition dienen kann, aufweisen und zudem bereichsweise die Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung kann im Vergleich zu dem zylinderförmigen Führungsabschnitt einen, in einer senkrecht zur Axialerstreckungsrichtung orientierten Ebene liegenden, größeren Querschnitt, beispielsweise zylindrischen Querschnitt, aufweisen, als der Führungsabschnitt. Die Ausnehmung kann sich bei eingestellter Schließposition des Gaswechselventils bis zu einem Übergangsbereich des Gaswechselventils zwischen dem Ventilschaft und einem Ventilteller des Gaswechselventils erstrecken. Der Übergangsbereich kann als Hohlkehle ausgebildet sein und in diesem Fall auch als solche bezeichnet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Verbindungskanal einen anhand des Gaswechselventils in dessen zweiter Ventilstellung gegenüber der Durchströmung mit Fluid blockierbaren Kanalbereich, welcher einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als ein maximaler Ventilschaftdurchmesser des Ventilschaftes. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders wirksame Abdichtung des Verbindungskanals erfolgen kann. Eine Hohlkehle des Gaswechselventils kann dabei als von dem Ventilschaft verschiedener Bestandteil des Ventilschaftes betrachtet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der blockierbare Kanalbereich einen elliptischen Querschnitt auf, dessen Hauptachse zumindest im Wesentlichen parallel zur Axialerstreckungsrichtung des Ventilschaftes orientiert ist und dessen Nebenachse kleiner ist als der maximale Ventilschaftdurchmesser. Dies trägt in vorteilhafter Weise zur ventilhubabhängigen Dosierung einer über den Verbindungskanal führbaren Menge des Fluids bei.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Einspritzvorrichtung zur zumindest mittelbaren, bevorzugt unmittelbaren, Einbringung von Kraftstoff in den wenigstens einen Verbindungskanal. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch als das Fluid über den Verbindungskanal in den Vorkammerinnenraum eingebracht werden. Die Einspritzvorrichtung kann einen Injektor umfassen, welcher stromauf einer Mündungsstelle, an welcher der Verbindungskanal in das Saugrohr mündet, zur Einbringung von Kraftstoff an dem Saugrohr angeordnet sein kann, also in das Saugrohr ragen kann. Durch Einspritzung in das Saugrohr kann der Kraftstoff mittelbar in den Verbindungskanal eingebracht werden.
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Der Injektor oder ein weiterer Injektor der Einspritzvorrichtung kann auch zur direkten Einspritzung in den Verbindungskanal angeordnet sein, also in den Verbindungkanal ragen, wodurch eine unmittelbare Einbringung von Kraftstoff in den Verbindungskanal ermöglicht ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Strömungsfreigabevorrichtung, welche die Durchströmung des wenigstens einen Verbindungskanals mit dem Fluid von dem Einlasskanal in den Vorkammerinnenraum freigibt und eine entgegengesetzte Durchströmung unterbindet. Unter der entgegengesetzten Durchströmung kann eine Strömung des Fluids von dem Vorkammerinnenraum über den Verbindungskanal in den Einlasskanal verstanden werden. Durch den Einsatz der Strömungsfreigabevorrichtung kann eine Abdichtung des Verbindungskanals anhand des Ventilschaftes gegenüber der entgegengesetzten Durchströmung entfallen. Dies ist von Vorteil, da die entgegengesetzte Durchströmung infolge einer Zündung in dem Vorkammerinnenraum und/oder dem Brennraum mit einem deutlich höheren Druck einhergehen kann, als die Durchströmung in Richtung des Vorkammerinnenraums. Aufgrund des höheren Druckes ist die entgegengesetzte Durchströmung schwieriger zu unterbinden, als die Durchströmung in Richtung des Vorkammerinnenraums. Der höhere Druck kann einerseits mit einer Aufwärtsbewegung eines dem Brennraum zugeordneten Kolbens und einer daraus resultierenden Verdichtung von in dem Brennraum enthaltenem Fluid und andererseits mit einer Zündung eines zündfähigen Gemisches in dem Brennraum begründet werden. Die Strömungsfreigabevorrichtung kann beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein. Die Strömungsfreigabevorrichtung kann auch als mittels eines Steuergeräts der Verbrennungskraftmaschine ansteuerbares Ventil ausgebildet sein.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs kann eine zuverlässige Spülung eines Vorkammerinnenraums einer Vorkammer über einen besonders großen Kennfeldbereich der Verbrennungskraftmaschine sichergestellt und dabei die Spülung aufwandsarm umgesetzt werden.
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Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
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Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt:
- 1 ein stark abstrahiert dargestelltes Kraftfahrzeug, welches eine in schematischer Schnittdarstellung teilweise gezeigte Verbrennungskraftmaschine umfasst, die einen sich zumindest bereichsweise durch einen Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine erstreckenden Verbindungskanal umfasst, über welchen ein Einlasskanal der Verbrennungskraftmaschine unter Umgehung eines Brennraums der Verbrennungskraftmaschine fluidleitend mit einem Vorkammerinnenraum einer Vorkammer der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei ein als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine einen Ventilschaft mit einem Schaftbereich aufweist, welcher den Verbindungskanal in zumindest einer ersten Ventilstellung des Gaswechselventils zur Durchströmung mit Fluid und dadurch ein Spülen des Vorkammerinnenraums mit dem Fluid über den Verbindungskanal freigibt und in einer zweiten Ventilstellung verschließt und dadurch das Spülen des Vorkammerinnenraums über den Verbindungskanal zumindest behindert;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Variante des Gaswechselventils und des Verbindungkanals;
- 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung einer weiteren Variante des Gaswechselventils und des Verbindungskanals; und
- 4 eine Draufsicht auf die in 3 gezeigte Variante gemäß einer in 3 in Axialerstreckungsrichtung des Ventilschaftes orientierten Ansichtsrichtung A.
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1 zeigt in stark abstrahierter Darstellung ein Kraftfahrzeug K mit einer Verbrennungskraftmaschine 10. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist vorliegend schematisch und teilweise gezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst ein Kurbelgehäuse 14, in welchem ein Kolben 12 translatorisch bewegbar gelagert ist. Der Kolben 12 ist mit einer vorliegend nicht weiter gezeigten Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 10 gekoppelt. Der Kolben 12, das Kurbelgehäuse 14, ein Zylinderkopf 20 und jeweilige, an dem Zylinderkopf translatorisch verlagerbar gelagerte Gaswechselventile 26, 30 begrenzen einen Brennraum 80 der Verbrennungskraftmaschine 10. Durch intermittierende Zündung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft in dem Brennraum 80 kann der Kolben 12 beschleunigt und dadurch die Kurbelwelle angetrieben werden. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst vorliegend eine Mehrzahl an Brennräumen 80. Jedem der Brennräume 80 ist ein jeweiliger Kolben 12 zugeordnet. Zudem sind jedem der Brennräume jeweils vier Gaswechselventile 26, 30 zugeordnet, von welchen zwei Gaswechselventile als Einlassventile 30 und zwei Gaswechselventile als Auslassventile 26 ausgebildet sind. Nachfolgend wird stellvertretend für sämtliche Brennräume 80 jedoch nur auf den einzelnen Brennraum 80 Bezug genommen.
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Jedes Auslassventil 26 ist zwischen einer Ausströmposition, in welcher das Auslassventil 26 ein Ausströmen von Abgas aus dem Brennraum 80 in einen Auslasskanal 24 freigibt, und einer Verschlussposition, in welcher das Auslassventil den Brennraum 80 verschließt, verstellbar. Exemplarisch ist das in 1 gezeigte Auslassventil 26 in dessen Verschlussposition dargestellt.
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Des Weiteren ist jedes, als Einlassventil ausgebildete Gaswechselventil 30, zwischen einer Öffnungsposition, in welcher das Gaswechselventil 30 ein Einströmen von Fluid 16 aus einem, dem jeweiligen Gaswechselventil 30 zugeordneten Einlasskanal 22 des Zylinderkopfes 20 in den Brennraum 80 der Verbrennungskraftmaschine 10 freigibt, und einer - ebenfalls in 1 gezeigten - Schließposition 36, in welcher das Gaswechselventil 30 das Einströmen von Fluid 16 aus dem Einlasskanal 22 in den Brennraum 80 unterbindet, verstellbar. Das Fluid 16 kann Luft, ein Luft-Abgas-Gemisch, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch oder ein Kraftstoff-Luft-Abgas-Gemisch sein, je nachdem, ob die Verbrennungskraftmaschine 10 mit Abgasrückführung betrieben wird und zusätzlich oder alternativ ein Einbringen von Kraftstoff über eine Einspritzvorrichtung 100 der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Einlasskanal 22 und/oder den Verbindungskanal 60 erfolgt. Die Einspritzvorrichtung 100 kann - wie in 1 verdeutlicht - einen in den Einlasskanal 22 ragenden Injektor umfassen.
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In den Brennraum 80 ragt eine am Zylinderkopf 20 montierte Vorkammer 90 der Verbrennungskraftmaschine 10. Die Vorkammer 90 weist eine Vorkammerwand 94 auf, welche einen Vorkammerinnenraum 92 der Vorkammer 90 von dem Brennraum 80 abgrenzt. Die Vorkammerwand 94 weist wiederum mehrere, den Vorkammerinnenraum 92 mit dem Brennraum 80 fluidleitend verbindende Durchgangsöffnungen 96 auf. Zudem ist eine Zündquelle 98, vorzugsweise eine Zündkerze, zur Entflammung des Fluids 16 mit Kraftstoff in dem Vorkammerinnenraum 92 angeordnet.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst wenigstens einen, sich durch den Zylinderkopf 20 erstreckenden Verbindungskanal 60, über welchen der Einlasskanal 22 unter Umgehung des Brennraums 80 fluidleitend mit dem Vorkammerinnenraum 92 verbunden ist. Das Gaswechselventil 30 weist einen Ventilschaft 40 mit einem Schaftbereich 50 auf, welcher den Verbindungskanal 60 in zumindest einer ersten Ventilstellung 38 des wenigstens einen Gaswechselventils 30 zur Durchströmung mit Fluid 16 freigibt. Dadurch ist auch ein Spülen des Vorkammerinnenraums 92 mit dem Fluid 16 über den wenigstens einen Verbindungskanal 60 freigegeben. Die erste Ventilstellung 38 ist in 1 nicht dargestellt, jedoch in den in 2 und 3 gezeigten Varianten.
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In zumindest einer, von der ersten Ventilstellung 38 verschiedenen, zweiten Ventilstellung 39, welche auch in 1 zu erkennen ist, verschließt der Schaftbereich 50 den Verbindungskanal, wodurch das Spülen des Vorkammerinnenraums 92 über den wenigstens einen Verbindungskanal 60 zumindest behindert, vorzugsweise vollständig unterbunden ist. In 1 ist gezeigt, dass ein durch einen Pfeil verdeutlichter Teilstrom 17 des ebenfalls durch einen (weiteren) Pfeil verdeutlichten Fluids 16 über den Verbindungskanal 60 geführt werden kann.
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In der in 1 gezeigten Variante das Gaswechselventils 30 befindet sich Letzteres exemplarisch in dessen zweiter Ventilstellung 39. Gleichzeitig befindet sich das Gaswechselventil 30 in 1 in der Schließposition 36. Damit verschließt das Gaswechselventil 30 in 1 einerseits den Brennraum 80 gegenüber einem unerwünschten Rückstrom des Fluids 16 aus dem Brennraum 80 direkt in den Einlasskanal 22 und andererseits den Verbindungskanal 60 gegenüber einem unerwünschten Rückstrom des Fluids aus dem Vorkammerinnenraum 92 über den Verbindungskanal 60 in den Einlasskanal 22. Der Ventilschaft 40 kann die Durchströmung des wenigstens einen Verbindungskanals 60 mit dem Fluid 16 in der Schließposition 36 derart stark behindern, dass die Durchströmung sogar vollständig unterbunden sein kann.
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In dieser Variante umfasst der Schaftbereich 50 eine Durchgangsöffnung 51, entlang welcher das Fluid 16 zumindest in der ersten Ventilstellung 38 geführt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann der Schaftbereich 50 zumindest eine (nicht gezeigte) Aussparung umfassen. Die Aussparung und zusätzlich oder alternativ die Durchgangsöffnung 51 kann/können bevorzugt einen sich in Axialerstreckungsrichtung 34 ändernden Aussparungsquerschnitt und/oder Durchgangsöffnungsquerschnitt aufweisen. Dadurch kann eine gezielte Einstellung der Durchströmung mit dem Fluid 16 in Abhängigkeit von einem Ventilhub des Gaswechselventils 30 erfolgen. Die Axialerstreckungsrichtung 34 ist in 1 durch einen Doppelpfeil verdeutlicht, welcher entlang einer Ventilachse 32 des Gaswechselventils 30 verläuft. Die Ventilachse 32 ist in Längserstreckungsrichtung des Gaswechselventils 30 orientiert.
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Dadurch, dass die Einspritzvorrichtung 100 stromauf einer Einmündungsstelle 28, an welcher der Verbindungskanal 60 in den Einlasskanal 22 mündet, in den Einlasskanal 22 eingeführt ist, kann die Einspritzvorrichtung 100 zur zumindest mittelbaren Einbringung von Kraftstoff 102 in den Verbindungskanal 60 herangezogen werden.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann zudem eine Strömungsfreigabevorrichtung 110 umfassen, welche die Durchströmung des Verbindungskanals 60 mit dem Fluid 16 von dem Einlasskanal 22 in den Vorkammerinnenraum 92 freigibt und eine entgegengesetzte Durchströmung unterbindet. Denkbar ist eine Anordnung der Strömungsfreigabevorrichtung 110 in dem Verbindungskanal 60 stromab des Ventilschaftes 40 und stromauf der Vorkammer 90, wie in 1 gezeigt. Alternativ kann die Strömungsfreigabevorrichtung 110 in dem Vorkammerinnenraum 92 und/oder an der Vorkammerwand 94 angeordnet sein.
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Die in 2 verdeutlichte Variante zeigt, dass der Schaftbereich 50 auch eine Verjüngung 52 aufweisen kann, über welche das Fluid 16 zumindest in der ersten Ventilstellung 38 führbar ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit nur in 2 gezeigt, jedoch allgemein gültig für sämtliche Varianten anwendbar ist eine Ausgestaltung des Gaswechselventils 30, bei welcher der Ventilschaft 40 in Axialerstreckungsrichtung 34 oberhalb und/oder unterhalb des Schaftbereiches 50 einen entsprechenden Hohlzylinderbereich 53, 54 aufweisen kann, also einen Bereich, über welchen der Ventilschaft 40 als Hohlzylinder ausgebildet ist.
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3 zeigt eine weitere Variante, bei welcher der Ventilschaft einen verdickten und gewölbten Ventilschaftbereich 56 umfasst, welcher zumindest in der zweiten Ventilstellung 39 zumindest im Wesentlichen dichtend in eine komplementär zu dem verdickten und gewölbten Ventilschaftbereich 56 geformte Ausnehmung 72 einer in dem Zylinderkopf 20 angeordneten Ventilführung 70 für das wenigstens eine Gaswechselventil 30 eingeführt ist. Zudem ist durch Zusammenschau von 3 und 4 erkennbar, dass der Verbindungskanal 60 einen anhand des Gaswechselventils 30 in dessen zweiter Ventilstellung 39 gegenüber der Durchströmung mit Fluid 16 blockierbaren Kanalbereich 62 umfasst, welcher einen Durchmesser D1 aufweist, der kleiner ist als ein maximaler Ventilschaftdurchmesser D2 des Ventilschaftes 40. Der blockierbare Kanalbereich 62 weist einen elliptischen Querschnitt 64 auf, dessen Hauptachse 65 zumindest im Wesentlichen parallel zur Axialerstreckungsrichtung 34 des Ventilschaftes 40 orientiert ist und dessen Nebenachse 66 kleiner ist als der maximale Ventilschaftdurchmesser D2.
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Durch die Ausgestaltung des Gaswechselventils 30 und des Verbindungskanals 60 kann die Funktion der Vorkammer 90 über einen besonders großen Kennfeldbereich wirksam aufrecht erhalten werden. Das Gaswechselventil 30 und der Verbindungskanal 60 ermöglichen eine ausreichende Spülung des Vorkammerinnenraums 92 mit Frischgas (als dem Fluid 16), wodurch vermieden werden kann, dass ein zu hoher Restgasanteil im Vorkammerinnenraum 92 die Funktion einer Vorkammerzündung der Vorkammer 90 beeinträchtigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 12
- Kolben
- 14
- Kurbelgehäuse
- 16
- Fluid
- 17
- Teilstrom
- 20
- Zylinderkopf
- 22
- Einlasskanal
- 24
- Auslasskanal
- 26
- Auslassventil
- 28
- Einmündungsstelle
- 30
- Gaswechselventil
- 32
- Ventilachse
- 34
- Axialerstreckungsrichtung
- 36
- Schließposition
- 38
- erste Ventilstellung
- 39
- zweite Ventilstellung
- 40
- Ventilschaft
- 50
- Schaftbereich
- 51
- Durchgangsöffnung
- 52
- Verjüngung
- 53
- Hohlzylinderbereich
- 54
- Hohlzylinderbereich
- 56
- Ventilschaftbereich
- 60
- Verbindungskanal
- 62
- Kanalbereich
- 64
- elliptischer Querschnitt
- 65
- Hauptachse
- 66
- Nebenachse
- 70
- Ventilführung
- 72
- Ausnehmung
- 80
- Brennraum
- 90
- Vorkammer
- 92
- Vorkammerinnenraum
- 94
- Vorkammerwand
- 96
- Durchgangsöffnung
- 98
- Zündquelle
- 100
- Einspritzvorrichtung
- 102
- Kraftstoff
- 110
- Strömungsfreigabevorrichtung
- D1
- Durchmesser
- D2
- maximaler Ventilschaftdurchmesser
- K
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018114035 A1 [0003]
