DE10222424A1 - Motor mit druckluftgestützter Kraftstoffeinspritzung und in den Motor integrierter Luftzufuhr - Google Patents

Abstract

Motor mit druckluftgestützter Kraftstoffeinspritzung, der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zur Zufuhr von Kraftstoff durch im Zylinderkopf montierte Lufteinspritzvorrichtungen umfasst. Ein interner Luftkanal im Zylinderkopf ist mit internen Lufttaschen verbunden, die die Einspritzvorrichtungen aufnehmen und sie mit Luft versorgen. Dichtungen an den Lufteinspritzvorrichtungen verhindern das Entweichen der Luft aus den Lufttaschen. Die Lufttemperatur im Zylinderkopf wird von einem benachbarten Kühlmittelkanal beeinflusst.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine und im Besonderen auf einen Motor mit druckluftgestützter, direkter Kraft­ stoffeinspritzung in die Zylinder.

Bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ist es Stand der Technik, eine Direkteinspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammern, üblicherweise durch den Zylinderkopf des Motors, vorzusehen. Für solche Motoren wurden druckluftgestützte Kraftstoff-Direkteinspritzsysteme entwickelt, welche auf einer Kombination aus elektromagnetisch betätigten Kraftstoff- Einspritzvorrichtungen beruhen, die den unter Druck stehenden Kraftstoff in zugehörige Lufteinspritzvorrichtungen einspritzen. Die Lufteinspritzvor­ richtungen mischen die Druckluft mit dem Kraftstoff und spritzen das Gemisch aus Luft und Kraftstoff direkt in die Brennkammern des Motors ein. Die Lufteinspritzvorrichtungen befinden sich im Zylinderkopf des Motors und die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen an den äußeren Enden der Lufteinspritzvorrichtungen. Dabei sind separate Luft- bzw. Kraftstoff­ verteiler vorgesehen, die den Lufteinspritzvorrichtungen Luft bzw. den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen Kraftstoff zuführen. Die Anordnung kann zur Anwendung auf unterschiedliche Motorkonfigurationen einfach modifiziert werden, wobei jedoch eine große Anzahl von Komponenten, die entlang der Oberseite des Zylinderkopfes montiert werden müssen, sowie verschiedene externe Armaturen und Anschlüsse erforderlich sind.

Die vorliegende Erfindung bietet eine verbesserte Anordnung für ein an einen Motor angebautes, druckluftgestütztes Kraftstoffeinspritzsystem. Der Motor umfasst einen als Luftverteiler dienenden, internen Luftkanal, der vorzugsweise in einem Zylinderkopf des Motors oder einer anderen Komponente, die einen Teil einer zugehörigen Brennkammer bildet, ange­ ordnet ist. Ferner sind modifizierte Lufteinspritzvorrichtungen vorgesehen, die in Stufenbohrungen im Zylinderkopf passen, und Dichtungen an entgegengesetzten Enden eines zentralen Abschnitts der Bohrung, der eine ringförmige Lufttasche bildet, umfassen. Die Lufttaschen werden von dem in Längsrichtung über die Länge des Zylinderkopfes verlaufenden internen Luftkanal oder Luftverteiler geschnitten. Der Luftkanal oder -verteiler wird von einer externen Quelle mit Druckluft beaufschlagt, die in die Lufttaschen geleitet wird und dann in die einzelnen Lufteinspritzvorrichtungen gelangt.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen voll ver­ ständlich gemacht.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Zylinderkopfanordnung eines Motors, die die Anordnung der Lufteinspritzvorrichtung und der internen Luftzufuhr im Zylinderkopf des Motors zeigt;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Anordnung der Kraft­ stoff-Einspritzvorrichtung zum Einbau in einen Motor, wobei die Position des internen Luftkanals im Zylinderkopf angege­ ben ist, ohne den Aufbau des Zylinderkopfes darzustellen; und

Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Zylinderkopfanordnung mit druckluftgestützten Einspritz­ komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beginnend mit Fig. 1 werden die Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei zeigt Bezugsziffer 10 ganz allgemein eine Zylinderkopfanordnung zur Verwendung in einem Motor gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 10 umfasst einen Zylinderkopf 12 mit einer unteren Wand und einer darin vorgesehenen Ausnehmung 14, die einen Teil einer Brennkammer eines zugehörigen Motors bildet. Der Zylinderkopf umfasst eine Montageöffnung 16 für eine Einspritzvorrichtung. Die Öffnung 16 besteht aus einer Stufenbohrung mit einem erweiterten Einlassabschnitt 18, einem engeren zentralen Abschnitt 20 und einem noch engeren Aus­ lassabschnitt 22, der sich zur Ausnehmung 14 der Brennkammer hin öffnet. Der zentrale Abschnitt 20 der Öffnung 16 bildet dabei eine Luftta­ sche, deren eine Seite von einem Luftkanal 24 geschnitten wird, der sich der Länge nach durch den Zylinderkopf erstreckt und mit anderen durch den Zylinderkopf gebildeten, nicht dargestellten Brennkammern verbun­ den ist. Der Zylinderkopf besitzt auch einen Kühlmittelkanal 26, der sich neben den Lufttaschen in den zentralen Abschnitten 20 der Öffnungen 16 erstreckt.

Eine Lufteinspritzvorrichtung 28 ist in der Montageöffnung 16 angebracht und weist einen dreifach abgestuften Durchmesser in Entsprechung zu den Befestigungsdurchmessern der Öffnung auf. Eine obere Dichtung 30 ist an einem oberen Abschnitt der Lufteinspritzvorrichtung angebracht und greift in den Einlassabschnitt 18 der Öffnung 16 ein. Eine untere Dichtung 32 ist nahe am unteren Ende des zentralen Abschnitts 20 der Einspritzvorrichtung 28 angebracht und greift in die Wand des zentralen Abschnitts 20 oder die Lufttasche der Montageöffnung 16 ein. Die Dich­ tungen 30, 32 schließen das obere und das untere Ende der Lufttasche 20 ab, um ein Entweichen der der Lufttasche über den schneidenden Luftka­ nal 24 zugeführten Luft zu verhindern.

Im Betrieb wird der Lufteinspritzvorrichtung über den Luftkanal 24 und die Lufttasche 20 kontinuierlich Druckluft zugeführt. Die Kraftstoff-Ein­ spritzvorrichtung gibt bei Betätigung Kraftstoff an die Lufteinspritzvorrich­ tung weiter, um ihn dort mit der Luft zu mischen. Anschließend wird die Lufteinspritzvorrichtung betätigt, um das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch in die Brennkammer des zugehörigen Motors einzuspritzen, wo es gezündet und zur Krafterzeugung verbrannt wird.

Durch Vorsehen des internen Luftkanals und der damit verbundenen Lufttaschen in den zugehörigen Montageöffnungen für Einspritzvorrichtungen, welche die Luft direkt den im Zylinderkopf montierten Luftein­ spritzvorrichtungen zuführen, verringert die bisher beschriebene Anord­ nung die Anzahl externer Leitungen und Armaturen, die üblicherweise bei druckluftgestützten Kraftstoff-Einspritzsystemen verwendet werden. Die Positionierung der Lufttaschen 20 und des Luftkanals 24 neben den Kühlmittelkanälen 26 im Zylinderkopf hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Druckluft auf einer kontrollierten Temperatur gehalten werden kann. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit der Bildung von flüssigen Wasserdampf-Kondensaten aus der Luft, welche die Vorbereitung des Kraftstoffgemisches negativ beeinflussen. Es verhindert auch ein Einfrie­ ren bzw. Vereisen, was die Funktion der Einspritzvorrichtungen beein­ trächtigen kann.

In Fig. 2 der Zeichnungen wird nun eine in einen Zylinderkopf 12 (nicht dargestellt) eingebaute Anordnung eines Kraftstoffsystems 34 gezeigt. Die Anordnung 34 umfasst vier Lufteinspritzvorrichtungen 28, die in einen Zylinderkopf 12 (nicht dargestellt) eingebaut und mit dem Luftkanal 24 im Zylinderkopf verbunden sind, über die Druckluft in die Lufttaschen 20 (nicht dargestellt) des Zylinderkopfes eingeleitet wird. Die Lufteinspritzvor­ richtungen laufen in untere, mit den zugehörigen Brennkammern 14 (nicht dargestellt) des zugehörigen Zylinderkopfes verbundene Enden aus. Die Lufteinspritzvorrichtungen umfassen Befestigungsflansche 36, die von Befestigungselementen 38 am Zylinderkopf gehalten werden, sowie elekt­ rische Verbinder 40 zum Anschluss an eine Steuereinheit zum Steuern der Öffnungs- und Schließwirkung der Lufteinspritzvorrichtungen. Jede Lufteinspritzvorrichtung 28 wird von einer am oberen Ende der Luftein­ spritzvorrichtung montierten Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 42 gespeist. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 42 sind mit einem Kraftstoffverteiler 44 verbunden, der über den gesamten Zylinderkopf verläuft und mit oberen Enden der einzelnen Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen verbunden ist. Für jede Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 46 ist ein elektrischer Verbin­ der zur externen Betätigung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen nach Bedarf vorgesehen. Der Kraftstoffverteiler ist an einem Ende mit einem Kraftstoff-Druckregler 48 und zugehörigen Kraftstoffversorgungs- und Rücklaufleitungen 50, 52 versehen.

Fig. 3 zeigt einen Teil einer modifizierten Zylinderkopfanordnung eines Motors mit einem Kraftstoffsystem, das Merkmale der vorliegenden Erfin­ dung umfasst. Die Zylinderkopfanordnung 54 umfasst einen druckluftbe­ tätigten Kraftstoff-Druckregler 56, wobei die Luft einem internen, in Längsrichtung im Zylinderkopf 60 verlaufenden Kanal 58 zur Verbindung mit den Lufttaschen 62, in denen Lufteinspritzvorrichtungen 64 montiert sind, zugeführt wird. Die Lufteinspritzvorrichtungen 64 erstrecken sich nach unten in die zugehörigen Brennkammern 66, die zum Teil unterhalb des Zylinderkopfes gebildet sind. In den Zylinderkopf sind elektrische Zündvorrichtungen 68 mit direkt neben den Auslassenden der Luftein­ spritzvorrichtungen angeordneten unteren Elektrodenspitzen zur Zün­ dung des in die Brennkammer eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches eingebaut. Ein Kühlmittelkanal 70 im Zylinderkopf verläuft neben dem Luftkanal 58, den Lufttaschen 62 und den Lufteinspritzvorrichtungen 64 und wirkt dabei unterstützend, die Luft auf einer erhöhten konstanten Temperatur zu halten und die Kondensation der Luftfeuchtigkeit zu ver­ hindern. An den oberen Enden der Lufteinspritzvorrichtungen 64 sind Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 72 montiert, die betätigt werden, um Kraftstoff für die Vermischung mit Druckluft in der vorher beschriebenen Weise zu liefern.

Obwohl die Erfindung vorstehend nur bezogen auf bestimmte vorteilhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist leicht einsehbar, dass inner­ halb der Tragweite und im Geiste des beschriebenen erfinderischen Kon­ zepts eine große Anzahl von Modifikationen möglich sind. Dementspre­ chend ist die Erfindung nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt, sondern erstreckt sich über den vollen Umfang des Wortlau­ tes der nachfolgenden Patentansprüche.

Zusammengefasst betrifft die Erfindung einen Motor mit druckluftgestütz­ ter Kraftstoffeinspritzung, der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen zur Zu­ fuhr von Kraftstoff durch im Zylinderkopf montierte Lufteinspritzvorrich­ tungen umfasst. Ein interner Luftkanal im Zylinderkopf ist mit internen Lufttaschen verbunden, die die Einspritzvorrichtungen aufnehmen und sie mit Luft versorgen. Dichtungen an den Lufteinspritzvorrichtungen verhindern das Entweichen der Luft aus den Lufttaschen. Die Lufttempe­ ratur im Zylinderkopf wird von einem benachbarten Kühlmittelkanal beeinflusst.

Claims (7)

1. Motor mit einer Brennkammer zur Verbrennung von komprimierten Luft-Kraftstoff-Gemischen zur Krafterzeugung, wobei der Motor um­ fasst:
eine Komponente, die teilweise die Brennkammer bildet und eine Montageöffnung für eine Einspritzvorrichtung besitzt, die in die Brennkammer einmündet;
eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung zur Zufuhr von Kraftstoff durch die Öffnung in die Brennkammer; und
eine Lufteinspritzvorrichtung für die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die so angeschlossen ist, dass sie von der Kraftstoff-Einspritzvor­ richtung mit Kraftstoff zur Vermischung mit der der Lufteinspritz­ vorrichtung zugeführten Druckluft versorgt wird, wobei die Luftein­ spritzvorrichtung in die Öffnung zur Einleitung eines unter Druck stehenden Gemisches aus Luft und Kraftstoff in die Kammer zur Vermischung und Verbrennung mit der zuvor in der Kammer komp­ rimierten, vom Motor angesaugten Luft, eingebaut ist;
wobei die Komponente einen internen Luftkanal aufweist, der zur Ausbildung einer Verbindung zwischen Luftkanal und Luftein­ spritzvorrichtung die Öffnung schneidet, wobei der Luftkanal an ei­ ne Druckluftquelle anschließbar ist, um der Einspritzvorrichtung Druckluft aus der Druckluftquelle zuzuführen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal in Längsrichtung der Komponente verläuft und mit einer Vielzahl von Montageöffnungen für Einspritzvorrichtungen verbunden ist, von denen jede mit einer zum Teil von der Kompo­ nente gebildeten Brennkammer verbunden ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal geradlinig durch die Komponente verläuft und einen seitlichen Abschnitt jeder Öffnung zur direkten Zufuhr von Druck­ luft in jede Öffnung schneidet.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageöffnung für die Einspritzvorrichtung Einlass- und Aus­ lassabschnitte an entgegengesetzten Enden eines zentralen Ab­ schnitts aufweist, der mit dem internen Luftkanal verbunden ist, und der Motor ferner Dichtungen zwischen der Lufteinspritzvorrichtung und der Öffnung aufweist, die das Entweichen von Druckluft aus dem zentralen Abschnitt über die Einlass- und Auslassab­ schnitte der Öffnung außer durch die Lufteinspritzvorrichtung ver­ hindern.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Abschnitt der Öffnung eine Einspritztasche bildet, aus der die Einspritzvorrichtung die Druckluft erhält, die der Öffnung aus dem internen Luftkanal zugeführt wird.

6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal und die Öffnung sich neben einem Kühlmittelkanal in der Komponente erstrecken, so dass die Temperatur der Hochdruck­ luft, die der Lufteinspritzvorrichtung zugeführt wird, teilweise über die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkanal kontrolliert wird.

7. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Brennkammer bildende Komponente ein Zylinderkopf ist.