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Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau von Einlaßkanälen eines Direkteinspritz-Dieselmotors.
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In letzter Zeit wurden Kraftstoffeinspritzsysteme von Dieselmotoren verbessert und somit Kraftstoffeinspritzung unter hohem Druck möglich. Daher sind einige Dieselmotoren in einer solchen Weise ausgelegt, daß in jedem Zylinder eingesaugtes Gas eine Drallströmung reduzierten Grades ausbildet, um dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad zu verbessern, wodurch eine Verbrennung mit der minimalen Drallströmung realisiert wird. Beispielsweise offenbart die
Japanische Patentanmeldungsoffenlegung (Kokai) Nr. HO7-217437 eine Technik, in welcher Einlaßkanäle in einer gewundenen Weise entlang der Zylinderform angeordnet sind, um dadurch die Drallgrade zu verringern und den volumetrischen Wirkungsgrad zu verbessern.
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Jedoch wird in der in der vorstehend beschriebenen Japanischen Patentveröffentlichung beschriebenen Technik, da zwei Einlaßkanäle jedes Zylinders in einer gewundenen Weise angeordnet sind, der Aufbau eines Ventilantriebsmechanismus kompliziert.
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Zur Lösung des vorstehenden Problems wurde ein Aufbau vorgeschlagen, in welcher zwei Einlaßöffnungen jedes Zylinders des Motors parallel zu einer Reihenrichtung der Zylinder angeordnet sind (siehe z. B.
DE-A-199 42 169 ). In diesem Aufbau sind mit den Einlaßöffnungen in Verbindung stehende Einlaßkanäle so ausgebildet, daß sie eine gerade Form haben und so gerichtet sind, daß sie sich entlang einer tangentialen Richtung des entsprechenden Zylinders erstrecken. Daher wird verhindert, daß der Ventilantriebsmechanismus kompliziert wird, und der Drallgrad wird verringert, um eine effiziente Verbrennung mittels eines verbesserten volumetrischen Wirkungsgrades zu erzielen.
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Jedoch entstand in der in der
DE-A-199 42 169 offenbarten Technik, da die Einlaßkanäle so ausgebildet sind, daß sie sich entlang der tangentialen Richtung des entsprechenden Zylinders erstrecken, ein Problem dahingehend, daß aus jedem Einlaßkanal in die Verbrennungskammer eingeströmtes Gas in der Nähe der Zylinderwand in der Strömungsgeschwindigkeit abnimmt, und dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad verringert. Ferner hat die Technik, da das Einlaßgas durch die Einlaßöffnung hindurchtritt und in die Verbrennungskammer bei einer von der Mitte des Zylinders versetzten Position (in der Nähe der Zylinderwandoberfläche) einströmt, ein Problem dahingehend, daß das Rotationsmoment des Einlaßgases zunimmt, um somit der Drallgrad relativ hoch wird.
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EP 0 527 122 A offenbart eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung, insbesondere Dieselmotor, mit pro Zylinder zwei Einlaßventilen, deren Achsen eine Ebene bestimmen, die annähernd parallel zur Motorlängsebene verläuft, zwei Einlaßkanälen zu den Einlaßventilen, die beide drallerzeugend ausgebildet sind, wobei ein mit optimaler Drallzahl ausgeführter erster Einlaßkanal von einer seitlichen Flanschfläche des Zylinderkopfes ausgeht, und die Kanalmittellinie
9' des als Spiralkanal ausgebildeten zweiten Einlaßkanals
10,
10' zumindest an einer Stelle etwa in Richtung der Zylinderachse
7 liegt. Weiterer Stand der Technik findet sich im ”Handbuch Verbrennungsmotoren”, Vieweg, 2. Aufl. Juni 2002, Seiten 139–141.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Direkteinspritz-Dieselmotors, welcher nicht den Aufbau eines Ventilantriebssystems verkompliziert, welcher nicht die Strömungsgeschwindigkeit des Einlaßgases verringert, das aus jeder Einlaßöffnung einströmt, und welcher das Rotationsmoment des Einlaßgases reduzieren kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Direkteinspritz-Dieselmotor gemäß Patentanspruch 1 bereit. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchenangegeben.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Hauptabschnitt eines Direkteinspritz-Dieselmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Ansicht entlang einer Linie II-II in 1; und
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3 zeigt eine Ansicht entlang einer Richtung III in 1 und 2.
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Ein Direkteinsptitz-Dieselmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Insbesondere werden in der nachstehenden Beschreibung die Begriffe ”vorne” und ”hinten” zur Vereinfachung verwendet; diese Terme bezeichnen jedoch nicht notwendigerweise die ”vordere Seite” und ”hintere Seite” des Fahrzeugs und können vorne und hinten, links und rechts usw. abhängig von der Ausrichtung des Motors bedeuten.
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Gemäß Darstellung in 1 besitzt der Direkteinspritz-Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Zylinder 1 (nur zwei Zylinder sind in 1 dargestellt). Ein Zylinderkopf C/H des Motors bildet einen Abschnitt (obere Wand) der Verbrennungskammer 2 jedes Zylinders 1. In dem Zylinderkopf C/H sind eine vordere Öffnung (erste Einlaßöffnung) 3 und eine hintere Einlaßöffnung (zweite Einlaßöffnung) 4 für jeden Zylinder ausgebildet. Die vordere Einlaßöffnung 3 und die hintere Einlaßöffnung 4 sind entlang der Reihenrichtung der Zylinder 1 angeordnet und zu der Verbrennungskammer 2 hin auf einer Seite (Unterseite in 1) einer Ebene geöffnet, welche die Mittenachsen S der Zylinder 1 enthält (einer durch eine unterbrochene Linie 5 in 1 dargestellt wird und sich senkrecht zu dem Blatt von 1 erstreckt).
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Ferner sind in dem Zylinderkopf C/H, ein vorderer Einlaßkanal (erster Einlaßkanal) 6 und ein hinterer Einlaßkanal (zweiter Einlaßkanal) 7 für jeden Zylinder ausgebildet. Der vordere Einlaßkanal 6 ist mit der vorderen Einlaßöffnung 3 an dem einen Ende verbunden, und ist zu der Außenseite des Zylinderkopfes C/H an dem anderen Ende geöffnet. Der hintere Einlaßkanal 7 ist mit der hinteren Einlaßöffnung 4 an dem einen Ende verbunden und zu der Außenseite des Zylinderkopfes C/H an dem anderen Ende geöffnet. Diese vorderen und hinteren Einlaßkanäle 6 und 7 sind in einer geraden Form ausgebildet und stehen mit der Verbrennungskammer bzw. den Einlaßöffnungen 3 und 4 in Verbindung.
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Nicht dargestellte Kraftstoffeinspritzventile sind auf dem Zylinderkopf C/H für die entsprechenden Zylinder vorgesehen, und unter Druck stehender Kraftstoff wird direkt in die Verbrennungskammern 2 mittels Einspritzelementen, wie z. B. den Kraftstoffeinspritzventilen eingespritzt. Ferner sind zum Zeitpunkt eines Kaltstarts oder dergleichen zu verwendende Glühkerzen 8 und Einlaßventile 10 zum Öffnen und Schließen der vorderen Einlaßöffnungen 3 und der hinteren Einlaßöffnungen 4 in dem Zylinderkopf C/H vorgesehen.
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Insbesondere ist der Zylinderkopf C/H an einem nicht dargestellten Zylinderblock unter Verwendung von Zylinderkopfschrauben 9 befestigt. Die Zylinderkopfschrauben 9 sind in einer solchen Weise angeordnet, daß die erste Reihe der Zylinderkopfschrauben 9 auf einer Seite (untere Seite in 1) der Zylinderreihe 1 und eine zweite Reihe der Zylinderkopfschrauben 9 auf der anderen Seite (obere Seite in 1) der Zylinderreihe 1 angeordnet ist. Jede von den Schrauben 9 in der ersten Reihe (mit Ausnahme der äußersten Schrauben) ist zwischen benachbarten Zylindern angeordnet, und ist zu der entsprechenden Schraube in der zweiten Reihe in einer Richtung senkrecht zu der Reihenrichtung der Zylinder ausgerichtet.
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Der vordere Einlaßkanal 6 jedes Zylinders 1 ist so ausgebildet, daß er sich senkrecht zur Reihenrichtung der Zylinder 1 von der vorderen Einlaßöffnung 3 zu einer Seite des Zylinders 1 hin erstreckt, auf welcher die vordere Einlaßöffnung 3 und die hintere Einlaßöffnung 4 vorhanden sind (untere Seite in 1; d. h. eine Seite der Ebene 5, welche die Mittenachsen S der Zylinder enthält, auf welchen die vordere Einlaßöffnung 3 und die hintere Einlaßöffnung 4 vorhanden sind).
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Der hintere Einlaßkanal 7 ist so ausgebildet, daß er zu der Richtung einer in der Verbrennungskammer 2 erzeugten Drallströmung ausgerichtet ist; d. h., der hintere Einlaßkanal 7 ist zu einer Richtung hin ausgerichtet, welche der Strömungsrichtung einer Drallströmung entspricht und nicht die Drallströmung behindert. Insbesondere ist der hintere Einlaßkanal 7 auf der hinteren Seite (rechte Seite in 1) in einer solchen Weise ausgebildet, daß sich der hintere Einlaßkanal 7 zu der hinteren Einlaßöffnung 4 von einem Raum zwischen den entsprechenden zwei Zylinderkopfschrauben 9 aus erstreckt, die in den ersten und zweiten Schraubenreihen angeordnet sind; d. h., die auf gegenüberliegenden Seiten der Zylinderreihen angeordnet sind.
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Insbesondere ist der hintere Einlaßkanal 7 so ausgebildet, daß er sich entlang einer Richtung im allgemeinen parallel zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 erstreckt.
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Gemäß Darstellung in 1 ist jeder vordere Einlaßkanal 6 so ausgebildet, daß er sich entlang einer Richtung senkrecht zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 erstreckt. Dieses ermöglicht eine Montage der Glühkerze 8 auf dem Zylinderkopf C/H im allgemeinen parallel zu dem vorderen Einlaßkanal 6, um dadurch eine gegenseitige Beeinträchtigung zwischen der Glühkerze 8 und dem vorderen Einlaßkanal 6 zu vermeiden. Daher kann gemäß Darstellung in 2 die Glühkerze 8 in einem Einbauwinkel θ (in Bezug auf die untere Oberfläche des Zylinderkopfes C/H) montiert werden, welcher ähnlich dem des vorderen Einlaßkanals 6 ist, oder näher an einem rechten Winkel liegt. Daher kann ein Wandabschnitt zwischen der Unterseite des Zylinderkopfes C/H und einem Loch, in welches die Glühkerze 8 eingesetzt wird, eine ausreichende Dicke besitzen, wodurch die Festigkeit des Zylinderkopfes C/H sichergestellt werden kann.
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In dem Direkteinspritz-Dieselmotor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau sind die vordere Einlaßöffnung 3 und die hintere Einlaßöffnung 4 in einer solchen Weise ausgebildet, daß sie zu der Verbrennungskammer 2 hin an Stellen auf einer Seite (untere Seite in 1) der Zylinderreihe 1 hin geöffnet sind; d. h., der Ebene, welche die Mittenachse S der Zylinder 1 enthält (die durch eine unterbrochene Linie 5 in 1 Ebene dargestellte wird und sich senkrecht zu dem Blatt von 1 erstreckt). Dadurch wird verhindert, daß der Aufbau des Ventilantriebssystems zum Öffnen und Schließen der Einlaßventile 10 kompliziert wird.
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Ferner sind, da der vordere Einlaßkanal 6 und der hintere Einlaßkanal 7, welche mit der vorderen Einlaßöffnung 3 bzw. der hinteren Einlaßöffnung 4 verbunden sind, gerade ausgebildet sind, der Einlaßwiderstand niedrig und somit der volumetrische Wirkungsgrad hoch.
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Ferner ist die vordere Einlaßöffnung 3 so angeordnet, daß sie von der Zylinderwandöffnung des Zylinders in der Reihenrichtung der Zylinder 1 getrennt ist, und der vordere Einlaßkanal 6 ist gerade ausgebildet, daß er sich in einer Richtung senkrecht zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 erstreckt. Daher strömt durch den vorderen Einlaßkanal 6 hindurchtretende Einlaßluft in die Verbrennungskammer entlang einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 zu einem Bereich hin ein, der von der Zylinderwandoberfläche des entsprechenden Zylinders 1 zu dessen Mittenachse S hin verschoben ist. Daher fällt die Strömungsgeschwindigkeit der Einlaßluft in der Nähe der Zylinderwandoberfläche nicht ab, wodurch ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erzielt wird.
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Ferner wird, da der hintere Einlaßkanal 7 jedes Zylinders 1 so ausgebildet ist, das er zu der Richtung einer in der Verbrennungskammer 2 erzeugten Drallströmung ausgerichtet ist, eine Drallströmung in geeigneter Weise innerhalb der Verbrennungskammer 2 erzeugt. Da jedoch die durch den vorderen Einlaßkanal 6 strömende Einlaßluft in die Verbrennungskammer entlang einer Richtung im allgemeinen senkrecht zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 strömt und einen von der Zylinderwandoberfläche des entsprechenden Zylinders 1 zu dessen Mittenachse S1 hin verschobenen Bereich erreicht, wird das Rotationsmoment der Drallströmung an einer Zunahme gehindert, wodurch der Drallgrad reduziert wird.
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Weil der hintere Einlaßkanal 7 so ausgebildet ist, daß er sich entlang einer Richtung im allgemeinen parallel zu der Reihenrichtung der Zylinder 1 erstreckt, nimmt selbst dann, wenn die Einlaßluft aus dem hinteren Einlaßkanal 7 nicht in der Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Wandoberfläche abnimmt somit das Rotationsmoment ab. Daher werden sowohl ein reduzierter Drallgrad als auch ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erzielt.
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Wie vorstehend beschrieben, weist ein Direkteinspritz-Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kraftstoffeinspritzelement zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jede Verbrennungskammer von mehreren in einer Reihe angeordneten Zylindern und einen Zylinderkopf mit ersten und zweiten Einlaßöffnungen und ersten und zweiten darin ausgebildeten Einlaßkanälen auf. Die ersten und zweiten Einlaßöffnungen sind entlang der Reihenrichtung der Zylinder angeordnet und in die entsprechenden Verbrennungskammern auf einer Seite der Zylinderreihe geöffnet. Die ersten und zweiten Einlaßkanäle stehen mit den ersten bzw. zweiten Einlaßöffnungen in Verbindung. Der erste Einlaßkanal für jeden Zylinder erstreckt sich aus der entsprechenden ersten Einlaßöffnung in einer Richtung senkrecht zu der Reihenrichtung. Der zweite Einlaßkanal für jeden Zylinder ist in einer Strömungsrichtung eines in der entsprechenden Verbrennungskammer erzeugten Dralls ausgerichtet. Daher macht der Direkteinspritz-Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung den Aufbau des Ventilantriebssystems nicht kompliziert, verringert nicht die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Einlaßöffnung zu der Verbrennungskammer strömenden Einlaßgases und kann das Rotationsmoment des Einlaßgases reduzieren. Demzufolge werden reduzierte Drallströmungen und ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad erzielt.
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Weil der zweite Einlaßkanal so ausgebildet ist, daß er sich entlang einer Richtung im allgemeinen parallel zu der Reihenrichtung der Zylinder erstreckt, strömt einströmendes Gas auf dem zweiten Einlaßkanal direkt in die Verbrennungskammer, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad weiter verbessert werden kann.
