DE19955544A1 - Einspritzdüse und Zylinderkopf dafür - Google Patents

Abstract

Eine Einspritzdüse für einen Verbrennungsmotor weist eine Stirnfläche (19) auf, die die Achse (20) der Einspritzdüse unter einem von 90 DEG abweichenden Winkel (alpha) schneidet. Die Einspritzdüse (17) ist vorgesehen zur Montage in einer Bohrung eines Zylinderkopfs (1), die einen zylindrischen Endabschnitt (23) aufweist, der ein Brennraumdach (4) an der Innenseite des Zylinderkopfs (1) schneidet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzdüse für eine Brennkraftmaschine sowie einen an diese Einspritzdüse angepaßten Zylinderkopf.

Gegenwärtige Einspritzdüsen sind im Querschnitt kreiszylindrisch und haben einen sich entlang ihrer Längsachse erstreckenden Kraftstoffkanal, der an einer Stirnfläche der Einspritzdüse mündet. Diese Stirnfläche verläuft bei den herkömmlichen Einspritzdüsen senkrecht zur Achse. Eine Einspritzdüse dieser Art ist zum Beispiel in DE 44 05 921 A1 beschrieben.

Eine solche Einspritzdüse kann zum Beispiel im Kopf eines Zylinders einer Brennkraftmaschine montiert sein. Um den eingespritzten Kraftstoff möglichst gleichmäßig im Brennraum verteilen zu können, ist es dabei notwendig, daß ein möglichst großer Teil des Brennraums von der Austrittsöffnung der Einspritzdüse aus direkt zu erreichen ist. Da aber die Stimfläche der Einspritzdüse häufig nicht ins Innere des Brennraums vorspringen darf, ist es zu diesem Zweck notwendig, im Dach des Brennraums eine Ausbuchtung einzufräsen, in die die Stimfläche der Einspritzdüse ragt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, Mittel anzugeben, mit denen die Verbrennungs- und Verbrauchseigenschaften eines Verbrennungsmotors verbessert werden können.

Die vorgeschlagene Lösung beruht auf der Einsicht, daß die zur Aufnahme der Einspritzdüse in das Brennraumdach gefräste Aussparung ein Totvolumen bildet, in dem die Verbrennung weniger vollständig abläuft als in zentraler gelegenen Bereichen des Brennraums. Unverbrannte Kohlenwasserstoffreste aus diesem Totvolumen tragen daher zum Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors bei. Dieses Totvolumen gilt es daher zu vermeiden, ohne die Einspritzeigenschaften der Einspritzdüse zu beeinträchtigen.

Dieses Ziel wird zum einen erreicht durch eine Einspritzdüse, deren Stirnfläche ihre Achse unter einem von 90° abweichenden Winkel schneidet. Es wird ferner erreicht durch einen Zylinderkopf mit einer Bohrung für die Montage einer Einspritzdüse, die einen zylindrischen Endabschnitt aufweist, der ein Brennraumdach an der Innenseite des Zylinderkopfs schneidet.

Die Einspritzdüse ist dabei in dem Zylinderkopf so montierbar, daß die schräge Stirnfläche der Einspritzdüse mit dem Brennraumdach bündig abschließt. Die Austrittsöffnung der Einspritzdüse kommt so praktisch in der Ebene des Brennraumdachs zu liegen, und in ihrer Umgebung gibt es keine Toträume, in denen eine unvollständige Verbrennung ablaufen könnte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Figuren genauer erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Brennraum mit einer Einspritzdüse nach herkömmlicher Bauart; und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Brennraum mit Zylinderkopf und Einspritzdüse gemäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt im Schnitt entlang der Zylinderachse den Kopfbereich eines Zylinders eines Verbrennungsmotors, mit Zylinderkopf 1, Zylindermantel 2 und Kolben 3. Der Zylinderkopf weist an seiner Innenseite zwei in Art eines Dachs zueinander angeordnete Schrägflächen 4 auf, in denen im beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils ein Ventil 5 angeordnet ist. Die zwei Schrägflächen 4 treffen an einem Grat aufeinander, an dem entlang der Achse 21 des Zylinders eine Zündkerze 6 montiert ist. Zur Montage einer Einspritzdüse 7 steht nur ein Randbereich des Zylinderkopfs 1 in direkter Nachbarschaft zum Zylindermantel 2 zur Verfügung. Um denjenigen Teil der Brennkammer, in den Kraftstoff auf geradem Wege eingespritzt werden kann, möglichst groß zu machen, ist in den Zylinderkopf eine Aussparung 8 eingefräst, die sich von der Stimfläche des Einspritzventils 7 zum Inneren des Brennraums hin erweitert. Gestrichelte Linien 10 deuten die Grenzen des Bereichs des Brennraums an, in den Kraftstoff von einer zentral in der Stirnfläche 9 angedeuteten Einspritzöffnung auf geradem Wege eingespritzt werden kann.

Ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs trifft auf die Wandflächen der Aussparung 8. Zum Zeitpunkt der Zündung ist daher das Mischungsverhältnis in der Aussparung 8 ein anderes als im Rest vom Brennraum, und besonders bei an der Wand haftendem Kraftstoff ist die Gefahr groß, daß dieser nicht vollständig verbrennt.

Fig. 2 zeigt im Vergleich dazu einen Zylinder mit einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung. Kolben 3 und Zylindermantel 2 unterscheiden sich nicht von denen der Fig. 1, genauso wie die Anordnung der Ventile 5 und der Zündkerze 6 im Zylinderkopf 1. Unterschiede betreffen lediglich die Gestaltung des Einspritzventils 17 und von dessen Umgebung im Zylinderkopf 11.

Das Einspritzventil 17 hat eine im allgemeinen zylindrische Form, hier bestehend aus mehreren zylindrischen Abschnitten, die formschlüssig in entsprechende Abschnitte einer Bohrung des Zylinderkopfs eingefügt sind. Insbesondere ist der engste, an den Brennraum anschließende Abschnitt 23 der Bohrung zylindrisch, keinesfalls aber wie die Aussparung 8 zum Brennraum hin aufgeweitet. Ein (nicht dargestellter) Brennstoffkanal erstreckt sich entlang der Längsachse 20 des Einspritzventils 17. Er mündet auf eine Stirnfläche 19, die die Achse 20 unter einem von 90° abweichenden Winkel α schneidet. Der Wert dieses Winkels beträgt beim Beispiel der Fig. 2 ca. 45°, er kann allerdings von diesem Wert abweichen. Der bei einer konkreten Brennraumkonstruktion für den Winkel α gewählte Wert ist durch die Anforderung definiert, daß die Achse 20 des Einspritzventils 17 die Achse 21 des Zylinders schneiden soll, daß es möglich sein muß, das Einspritzventil 17 im Zylinderkopf 1 so unterzubringen, daß es nicht die Zu­ beziehungsweise Abluftleitungen 22 schneidet, und daß die Stirnfläche 19 mit der Schrägfläche 4 des Zylinderkopfs 1, auf die sie mündet, bündig abschließen soll. Praktikable Werte von α liegen dabei vorzugsweise in etwa im Intervall 30 bis 60°. Durch diese Anordnung der Stirnfläche 19 werden Taschen im Brennraum wie die Aussparung 8 aus Fig. 1, in denen die Verbrennung unvollständig bleiben kann, vermieden. Es gibt keine Oberflächen in direkter Nachbarschaft der zentral in der Stirnfläche 19 angeordneten Einspritzöffnung, die in maßgeblichem Umfang dem eingespritzten Kraftstoffnebel ausgesetzt sind, und an denen sich Kraftstoff niederschlagen könnte. Es wird also insgesamt eine homogenere Verteilung des Kraftstoffs in der Brennkammer erreicht, die Verbrennung des Kraftstoffs und damit der Wirkungsgrad des Motors sind verbessert, und der Gehalt des Abgases an Restkohlenwasserstoffen ist verringert.

Claims (7)

1. Einspritzdüse (17) mit einer Längsachse (20) und einem Kraftstoffkanal, der in eine Einspritzöffnung an einer Stirnfläche (19) der Einspritzdüse (17) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (19) die Achse (20) unter einem von 90° abweichenden Winkel (α) schneidet.

2. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen 30 und 60° beträgt.

3. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimfläche (19) schräg zur Längsachse (20) ausgebildet ist.

4. Einspritzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (19) unsymmetrisch gewölbt ausgebildet ist.

5. Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor, der eine Bohrung für die Montage einer Einspritzdüse (17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung einen zylindrischen Endabschnitt (23) aufweist, der ein Brennraumdach (4) an der Innenseite des Zylinderkopfs (1) schneidet.

6. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung eine Einspritzdüse (17) gemäß Anspruch 1 derart montiert ist, daß die Stirnfläche (19) der Einspritzdüse (17) mit dem Brennraumdach (4) bündig abschließt.

7. Zylinderkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fremdzündquelle in den Brennraum des Verbrennungsmotors ragt.