DE69200073T2

DE69200073T2 - Brennkraftmaschine mit einem getrennten Gasraum für die Brennstoffeinspritzung.

Info

Publication number: DE69200073T2
Application number: DE69200073T
Authority: DE
Inventors: Marco Nuti
Original assignee: Piaggio Veicoli Europei SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 1991-05-20
Filing date: 1992-05-16
Publication date: 1994-10-06
Anticipated expiration: 2012-05-17
Also published as: US5271372A; EP0514982A1; ATE103036T1; ITMI911372A1; ES2051143T3; EP0514982B1; DE69200073D1; IT1248314B; ITMI911372A0

Description

Diese Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Vorrichtung zum pneumatisch unterstützten, direkten Einspritzen von Kraftstoff.
Verschiedene Verfahren sind gegenwärtig für das pneumatisch unterstützte Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine bekannt.
Bei einigen dieser Verfahren wird die komprimierte Luft durch geeignete Vorrichtungen außerhalb der Maschine gebildet, der Kraftstoff wird in eine geeignete Kammer eingespritzt und die darin gebildete, resultierende Mischung wird dann der Verbrennungskammer durch Öffnen von auf dem Zylinderkopf angeordneten Ventilen zugeführt.
Diese verschiedenen bekannten Verfahren können in zwei Haupttypen unterteilt werden, d.h. eine erste Type, welche Luft unter hohem Druck und daher elektromechanisch betätigte Ventile mit einem geringen Querschnitt verwendet, und eine zweite Type, welche Luft unter geringem Druck und große, vollständig mechanisch betätigte Ventile umaßt.
Es sollte jedoch festgehalten werden, daß diese beiden Haupttypen zahlreiche Nachteile haben und zwar insbesondere im Fall von kleinen Maschinen.
Diesbezüglich ist der erste dieser Typen strukturell komplex, da komprimierte Luft auf einem hohen Druckniveau gebildet werden muß. Zusätzlich ist der elektronische Ventil- Steuerkreislauf kompliziert, da der Moment der Einspritzung zusätzlich zu den Öffnungszeiten kontrolliert werden muß.
Der zweite, eine mechanische Ventilbetätigung umfassende Typ leidet hauptsächlich an Schmierungsproblemen. Zusätzlich muß ein Ausgleichskessel vorgesehen sein, um die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Einspritzventil zu regulieren. Dies bringt zusätzliche Platz- und Kostenerfordernisse mit sich.
Es sind auch Verfahren bekannt, welche eine in einem Zylinderkopf einer Viertaktmaschine positionierte Kolbenpumpe umfassen, welche durch ein Ventil eine extern gebildete Mischung mit erhöhtem Brennwert der Pumpe mittels einer komplexen Vergasungseinrichtung injiziert.
Die EP-A 0 246 370 beschreibt einen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es hauptsächlich, die zuvor genannten Probleme zu lösen, beispielsweise durch Eliminieren der Hochdruckluft, Erleichtern der Schmierung und Reduzieren der Kontrollen und Nachprüfungen, welche in den beschriebenen, bekannten Verfahren erforderlich sind.
Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Zylinderkopf für Brennkraftmaschinen gemäß Anspruch 1 erreicht.
Ein Zylinderkopf, welcher die strukturellen Merkmale und Betriebscharakteristika und die Vorteile der vorliegenden Erfindung aufweist, wird durch ein nicht-limitierendes Beispiel an Hand der beiliegenden Zeichnungen gezeigt, in welchen:
Fig.1 eine Seitenansicht eines Zylinderkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher auf einen Zylinder einer Brennkraftmaschine aufgebracht ist, ist;
Fig.2 ein Querschnitt durch den umgedrehten oberen Teil der Fig.1, d.h. durch den Zylinderkopf gemäß der Erfindung, ist;
Fig.3 ein teilweiser Querschnitt durch den Zylinderkopf der Fig.1 entlang der Linie III-III der Fig.2 ist; und
Fig.4 ein vergrößertes Detail von Fig.3 zeigt.
In Fig.1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Zylinder einer Brennkraftmaschine mit ihrer Kurbelwelle 12 und dem Zylinderkopf 13.
Der Kopf des Zylinders 13 erstreckt sich aufwärts in einen abnehmbaren Teil 10, welcher in einem Sitz 14 angeordnet ist, welcher sich am oberen Ende des Kopfes befindet und mit einer Dichtung oder einem Dichtring 9 versehen ist, und in eine elektromagnetische Brennstoffeinspritzung, welche schematisch mit 15 bezeichnet ist und welche die Kraftstoffzuführung darstellt. Der Injektor 15 mündet in eine innere Kammer 16. In einem Bereich 17, welcher sich sowohl von dem Zylinderkopf 13 als auch von dem abnehmbaren Teil 10 erstreckt, ist seitlich zu der Kammer 16 eine hohle Welle 18 vorgesehen, welche drehbar auf Lagern 19 und 20 gelagert ist. Ein erstes mit einem Flasch versehenes Ende 21 der hohlen Welle 18 ist zu dieser Kammer 16 gerichtet und ist exzentrisch durch einen Bolzen 22 an einem ersten Ende einer Verbindungsstange 23 drehbar verschwenkbar gelagert, deren anderes Ende bei 24 an einem Einspritzkolben 25 gelagert ist, welcher während seiner Verdichtungsstufe die in der Kammer 16 gebildete Lufr-Kraftstoff-Gemisch einspritzt.
Der Einspritzkolben 25 ist in einer unteren Verlängerung 26 der Kammer 16 gleitend gelagert, deren Wände durch eine Hülse 27 mit sich seitlich nach außen erstreckenden, konvexen Bereichen 28 begrenzt sind. Alternativ können diese Teile der unteren Verlängerung 26, stromaufwärts und Stromabwärts des Kolbens 25 miteinander durch wenigstens einen Übertragungskanal, welcher in dem Zylinderkopf 13 vorgesehen ist, verbunden sein.
Das nach außen weisende Ende der Hülse 27 ist an einem Ventilsitz 29 positioniert, welcher ein bewegbares Tellerventil 30 aufnimmt, welches so angeordnet ist, daß es an einer unteren Öffnung 31 im Ventilsitz 29, welcher eine Verbindung zu einer teilweise dargestellten Verbrennungskammer 32 herstellt, in welcher eine Zündkerze 36 angeordnet ist, anliegt und diesen daher verschließt. Der Ventilsitz 29 ist an seiner Oberseite mit der unteren Verlängerung 26 der Kammer 16 mittels einer Serie von Löchern 33 verbunden. Das Tellerventil 30 wird in seiner geschlossenen Ruhestellung durch eine mit Speichen versehene Tellerfeder 34, welche mit dem Ventilschaft 35 starr ausgebildet ist, gehalten. Der abnehmbare Teil 10 ist an dem Zylinderkopf 13 beispielsweise mit einer Mehrzahl von Bolzen 37 fixiert, wobei eine Dichtung oder ein Dichtring 38 an dem Lager 20 an der nach außen weisenden Ende der hohlen Welle 18 vorgesehen sind. An einer nach außen weisenden Verlängerung des Zylinderkopfes 13 trägt die Welle starr eine Riemenscheibe 39, welche durch einen Zahnriemen 40 gedreht wird, welcher durch eine Spannrolle 41 gespannt wird und welcher durch eine zweite Riemenscheibe 46, welche starr mit der Kurbelwelle 12 verbunden ist, angetrieben wird. Das Lager 20 kann alternativ aus einer Hülse gebildet sein (nicht dargestellt).
In dem Zylinderkopf gemäß der vorliegenden Erfindung umaßt die hohle Welle 18 ein Loch oder eine kreisförmige Öffnung 42, welche so angeordnet ist, daß sie einem Einlaß 43, welcher an ein Luftrohr 44 und ein Ölrohr 45 angeschlossen ist, gegenüber liegt.
Der Einspritzkolben 25 in der inneren Kammer 16, in welcher die Einspritzdüse 15 vorgesehen ist, erlaubt eine direkte Kraftstoffeinspritzung, welche pneumatisch durch die über den Einlaß 43 zum Inneren der darunter liegenden Verbrennungskammer 32 zugeführte Luft unterstützt wird.
Die Arbeitsweise eines Zylinderkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
Luft aus dem Rohr 44 und Öl aus dem Rohr 45 werden über den Einlaß 43 in die hohle Welle 18 eingebracht, wobei das Öl in der minimal erforderlichen Menge zur Aufrechterhaltung einer Schmierung der mechanischen, in der Kammer 16 enthaltenen Teile zugeführt wird. Eine elektronische Steuerschaltung (nicht dargestellt) betreibt den elektromagnetischen Injektor 15, um Kraftstoff der Innenkammer 16 zuzuführen.
Die auf diese Weise erhaltene Mischung wird durch den Einspritzkolben 25, nachdem er über die konvexen Seitenteile 28 in den unteren Bereich der Kammer 16 gelangt ist, komprimiert. Wenn der Druck, welcher zwischen dem Einspritzkolben 25 und dem Ventilsitz 29 ausgebildet wird, die elastische Kraft der Speichenfeder 34 überwindet, senkt er das Tellerventil 30 ab, um in der Folge die Mischung in die darunter liegende Verbrennungskammer 32 einzuspritzen.
Es ist unmittelbar ersichtlich, daß eine derartige Anordnung der Teile eines Zylinderkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung es nicht erfordert, daß Luft unter hohem Druck in die innere Kammer 16 durch entsprechende Einrichtungen zugeführt wird. Dies eliminiert daher hauptsächlich teure Komponenten und Probleme im Zusammenhang mit dem zeitlichen Ablauf der Zuführung von Luft unter hohem Druck und von Kraftstoff durch die Einspritzdüsen oder Magnetventile.
Die direkte Zuführung von Öl über das Einlaßrohr 43 stellt die Anwesenheit von genügend Schmiermittel für die korrekte Arbeitsweise der den Zylinderkopf bildenden Teile sicher und es besteht zusätzlich kein Erfordernis für einen speziellen Kessel zum Kompensieren von jeglichen Druckdifferenzen. Die insbesondere vereinfachte Konstruktion und Arbeitsweise des Zylinderkopfes für Brennkraftmschinen gemäß der vorliegenden Erfindung resultiert in einer wesentlichen Reduzierung der Kosten, wodurch er im wesentlichen für Zweitaktmaschinen geeignet und vorteilhaft wird.

Claims

1. Zylinderkopf (13) für Brennkraftmaschinen mit einer Vorrichtung zum pneumatisch unterstützten, direkten Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Zylinder (11), welcher mit wenigstens einer Zündkerze (36) und einer Ventilöffnung (29) mit einem entsprechenden Ventil (30) ausgebildet ist, wobei Mittel (15) zur Kraftstoffzufuhr vorgesehen sind, wobei das Ventil (30) mit einer Kammer (16) verbunden ist, in welche die Mittel (15) zur Kraftstoffzufuhr ein Zuströmen des Kraftstoffes bewirken, wobei die Kammer (16) mit einer Kraftstoffzuführung (18, 42) verbunden ist, welcher direkt ein Luftrohr (44) und ein Ölrohr (45) zugeordnet ist, wobei ein Kolben (25) in der Kammer (16) arbeitet, um das in der Kammer (16) erzeugte Luft-Kraftstoff-Gemisch in den wenigstens einen Zylinder (11) über die Ventilöffnung (29) einzuspritzen, wobei der Kolben (25) mechanisch über ein von einer Kurbelwelle (12) angetriebene Übertragungseinheit (39,40,46) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführung zumindest teilweise aus einer hohlen Welle (18) besteht, welche rotierbar in der Kammer (16) gelagert ist und durch die Übertragungseinheit (39, 40, 46) zu einer Rotation angetrieben ist, wobei das Ende (21) der hohlen Welle, welches zum Inneren der Kammer (16) gewandt ist, exzentrisch (bei 22) drehbar an einem Ende einer Verbindungsstange (23) angelenkt ist, deren anderes Ende schwenkbar (bei 24) am Kolben (25) angelenkt ist.

2. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Welle (18) sich auswärts aus dem Zylinderkopf (13) erstreckt, um eine Riemenscheibe (39) abzustützen, welche von einem Zahnriemen (40) angetrieben ist, welcher zu einer umlaufenden Bewegung durch eine starr mit der Kurbelwelle (12) verbundene zweite Riemenscheibe (46) angetrieben ist.

3. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kraftstoffzufuhr wenigstens einen Injektor (15) umfassen, welcher unter Zwischenschaltung eines Dichtringes (9) in einem im Zylinderkopf (13) ausgebildeten Sitz (14) positioniert ist.

4. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (25) in einer von einer Hülse (27) begrenzten, unten liegenden Verlängerung (26) der Kammer (16) gleitet, wobei die Teile oberhalb und unterhalb des Kolbens (25) über wenigstens eine Verbindung miteinander kommunizieren.

5. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Verbindung ein nach außen konvexer, seitlicher Bereich (28) der Hülse (27) ist.

6. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ventilöffnung (29) abgestützte Ventil ein in einem Ventilsitz gleitend geführtes Tellerventil (30) ist, wobei ein elastisches Element (34) vorgesehen ist, welches unter Ruhebedingungen das Ventil (30) in jener Stellung hält, in welcher die Ventilöffnung (29) geschlossen ist.

7. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (29) mit einer unteren Öffnung (31), an welche das Tellerende des Ventils (30) in Anlage gelangt und mit einer Serie von Öffnungen (33) in seinem oberen Ende ausgebildet ist, durch welches Ende ein Schaft (35) gleitend geführt ist.

8. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (34) eine mit Speichen versehene Tellerfeder ist.

9. Zylinderkopf einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem vom Zylinderkopf (11) abgewandten, rotierbar gelagerten Bereich die Welle (18) mit einem Dichtring (38) ausgebildet ist.