EP1854966A1 - Zylinderkopf für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Zylinderkopf für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine Download PDF

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EP1854966A1
EP1854966A1 EP07006933A EP07006933A EP1854966A1 EP 1854966 A1 EP1854966 A1 EP 1854966A1 EP 07006933 A EP07006933 A EP 07006933A EP 07006933 A EP07006933 A EP 07006933A EP 1854966 A1 EP1854966 A1 EP 1854966A1
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    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head for a spark-ignition internal combustion engine with the features of the preamble of patent claim 1.
  • the cylinder head has two gas exchange inlet valves and two gas exchange outlet valves. Between the gas exchange valves, a fuel injector and an ignition device are arranged. The fuel injector is located on the inlet side between the gas exchange inlet valves, the ignition device is located on the outlet side between the gas exchange outlet valves. The fuel injector and the ignition device are each arranged in a specially provided for them bore in the cylinder head and each protrude into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • Object of the present invention is to show a measure with which the performance of a generic internal combustion engine can be improved.
  • the inventive design of the valve angle between the gas exchange inlet valves and the Gas bayauslassventilen can be reduced by the inventive design of the valve angle between the gas exchange inlet valves and the Gas bayauslassventilen.
  • the gas exchange inlet and gas exchange outlet channels can be made "steeper", thereby minimizing the flow losses in the channels.
  • the performance, or the efficiency of the internal combustion engine can be improved.
  • the inventive design with the sleeve a compact, relatively narrow cylinder head is achieved because the fuel injector can be threaded into the sleeve in the cylinder head, as between the fuel injector and the ignition in the amount of valve trains no cylinder head material is arranged.
  • the central position of the fuel injector and the ignition device of the present invention designed cylinder head does not build wider than a conventional cylinder head.
  • the embodiment according to claim 2 makes it possible to arrange at least one inlet side a variable-stroke valve drive, in which case the width of the cylinder head is not larger than in the prior art.
  • the installation width of the internal combustion engine can be maintained in the entire vehicle.
  • the embodiment according to claim 3 allows a particularly compact component arrangement in the cylinder head.
  • the embodiment according to claim 4 is a particularly preferred embodiment.
  • the embodiment according to claim 7 is again a particularly preferred embodiment.
  • FIG. 1 shows a section through a cylinder head 1 designed according to the invention.
  • the cylinder head 1 is provided directly for an internal combustion engine with spark ignition and fuel injection into a cylinder (not shown) of the internal combustion engine.
  • a fuel injector 4 is arranged for fuel injection in the cylinder.
  • an ignition device 5 is also arranged.
  • the fuel injector 4 and the ignition device 5 each protrude with their tips in the cylinder of the internal combustion engine.
  • Valve stems of Gas crispeinlass- and Gas crispauslassventile 2, 3 form together a valve angle ⁇ . According to the present valve angle is significantly smaller than the valve angle known from the prior art.
  • a common sleeve 6 is provided for the fuel injector 4 and the ignition device 5, which can be arranged in the cylinder head between the Gasciceinlass- and Gas crispauslassventilen 2, 3.
  • the inventive design with the sleeve 6 a compact, relatively narrow cylinder head is achieved because the fuel injector 4 can be threaded into the sleeve 6 in the cylinder head 1, as between the fuel injector 4 and the ignition device 5 in the height of an inlet side and a outlet-side valve train 7, 8 no cylinder head material is arranged.
  • the inventively designed cylinder head 1 does not build wider than a conventional cylinder head.
  • the fuel injector 4 With the sleeve 6, it is possible to arrange the fuel injector 4 relatively near the combustion chamber, whereby only a relatively thin fuel line 12 has to be guided largely parallel to the ignition device 5 in the sleeve 6.
  • the supply of the fuel line would be in the direction of the axis of the fuel injector, and thus would protrude right through the intake-side valve train 7.
  • the inlet-side valve drive 7, for the operation of the gas exchange outlet valves 3, the outlet-side valve train 8 is provided.
  • the exhaust-side valve train 8 is a conventional valve train, which will not be explained in detail in the context of this invention. Due to the compact arrangement of the fuel injector 4, fuel line 12 and ignition device 5 inside the sleeve 6 on the inlet side so much space is gained that the inlet side valve train 7 can be made larger than the outlet side valve train 8. Thus, it is possible on the inlet side a variable-stroke valve train with a a camshaft 9 to provide parallel adjustment shaft 10. Such a variable stroke valve train is for example in the DE 101 23 186 A1 described in detail.
  • the sleeve 6 on the inlet side additionally a constriction 11.
  • the largest space gain is obtained in that the fuel injector 4 is arranged substantially below the constriction 11.
  • this can be made as a simple plastic injection molded part or as a sheet metal part, wherein in the embodiment as a sheet metal part, preferably a steel sheet, an additional electromagnetic shielding is given.
  • the inventive design with the sleeve 6 a compact, relatively narrow cylinder head 1 is achieved.
  • the inventively designed cylinder head 1 does not build wider than a conventional cylinder head.
  • the installation width of the internal combustion engine can be maintained in the entire vehicle.

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Abstract

Zylinderkopf (1) für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung direkt in einen Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei für den Zylinder zwei Einlass- (2, 2') und zwei Gaswechselauslassventile (3, 3') im Zylinderkopf (1) vorgesehen sind und ein Kraftstoffinjektor (4) einlassseitig zwischen den Gaswechseleinlassventilen (2, 2') und eine Zündeinrichtung (5) auslassseitig zwischen den Gaswechselauslassventilen (3, 3') angeordnet ist, und wobei der Kraftstoffinjektor (4) und die Zündeinrichtung (5) in einer gemeinsamen Hülse (6) angeordnet sind, die zwischen den Gaswechselventilen (2, 2', 3, 3') in dem Zylinderkopf (1) anordenbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine freiere Ausgestaltung der Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslasskanäle möglich, wodurch eine höhere Leistung für die Brennkraftmaschine erzielbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Sie geht von der deutschen Übersetzung der europäischen Patentschrift DE 698 18 087 T2 aus. In dieser ist eine Brennkraftmaschine mit einer Fremdzündung und einer Kraftstoffeinspritzung direkt in den Brennraum beschrieben. Der Zylinderkopf verfügt über zwei Gaswechseleinlassventile sowie zwei Gaswechselauslassventile. Zwischen den Gaswechselventilen sind ein Kraftstoffinjektor sowie eine Zündeinrichtung angeordnet. Der Kraftstoffinjektor befindet sich einlassseitig zwischen den Gaswechseleinlassventilen, die Zündeinrichtung befindet sich auslassseitig zwischen den Gaswechselauslassventilen. Der Kraftstoffinjektor und die Zündeinrichtung sind jeweils in einer eigens für sie vorgesehenen Bohrung im Zylinderkopf angeordnet und ragen jeweils in den Brennraum der Brennkraftmaschine.
  • Die Anordnung von Kraftstoffinjektor und Zündeinrichtung zwischen den Gaswechselventilen bedingt jedoch einen relativ großen Gaswechselventilwinkel. Dies bedeutet, dass der Winkel, der von den Gaswechseleinlassventilen und den Gaswechselauslassventilen zueinander gebildet ist, relativ groß ist. Durch diese geometrische Ausgestaltung wird der Strömungswiderstand sowohl von der Ansaugluft einlassseitig als auch vom Abgas auslassseitig negativ beeinflusst. Hierdurch kann eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine nicht die optimale Leistung erzielen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, mit der die Leistung einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Ventilwinkel zwischen den Gaswechseleinlassventilen und den Gaswechselauslassventilen verringert werden. Somit können die Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslasskanäle "steiler" ausgelegt werden, wodurch die Strömungsverluste in den Kanälen minimiert werden. Somit können die Leistung, bzw. der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit der Hülse ist ein kompakter, relativ schmal bauender Zylinderkopf erzielt, da der Kraftstoffinjektor in die Hülse im Zylinderkopf eingefädelt werden kann, da zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Zündeinrichtung in der Höhe der Ventiltriebe kein Zylinderkopfmaterial angeordnet ist. Trotz der zentralen Lage des Kraftstoffinjektors und der Zündeinrichtung baut der erfindungsgemäß ausgestaltete Zylinderkopf nicht breiter als ein konventioneller Zylinderkopf.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ermöglicht es, zumindest einlassseitig einen hubvariablen Ventiltrieb anzuordnen, wobei auch in diesem Fall die Baubreite des Zylinderkopfes nicht größer ist als im Stand der Technik. Somit kann die Einbaubreite der Brennkraftmaschine im Gesamtfahrzeug beibehalten werden.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ermöglicht eine besonders kompakte Komponentenanordnung im Zylinderkopf.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
  • Die Ausgestaltungen gemäß der Patentansprüche 5 und 6 unterstützen nochmals die besonders kompakte Komponentenanordnung im Zylinderkopf.
  • Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 7 ist wiederum eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in einer einzigen Figur näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf 1.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Zylinderkopf 1. Der Zylinderkopf 1 ist für eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung sowie einer Kraftstoffeinspritzung direkt in einen nicht dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen. Für jeden Zylinder sind zwei Gaswechseleinlass- 2 und zwei Gaswechselauslassventile 3 vorgesehen, wobei in Fig. 1 jeweils nur eines sichtbar ist. Einlassseitig zwischen den Gaswechseleinlassventilen 2 ist ein Kraftstoffinjektor 4 zur Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder angeordnet. Zwischen den Gaswechselauslass- und den Gaswechseleinlassventilen 2, 3 ist ferner eine Zündeinrichtung 5 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor 4 und die Zündeinrichtung 5 ragen jeweils mit ihren Spitzen in den Zylinder der Brennkraftmaschine. Ventilschäfte der Gaswechseleinlass- und der Gaswechselauslassventile 2, 3 bilden miteinander einen Ventilwinkel α. Erfindungsgemäß ist der vorliegende Ventilwinkel deutlich kleiner als der aus dem Stand der Technik bekannte Ventilwinkel.
  • Dies ist möglich, da für den Kraftstoffinjektor 4 und die Zündeinrichtung 5 eine gemeinsame Hülse 6 vorgesehen ist, die zwischen den Gaswechseleinlass- und Gaswechselauslassventilen 2, 3 in den Zylinderkopf anordenbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit der Hülse 6 ist ein kompakter, relativ schmal bauender Zylinderkopf erzielt, da der Kraftstoffinjektor 4 in die Hülse 6 im Zylinderkopf 1 eingefädelt werden kann, da zwischen dem Kraftstoffinjektor 4 und der Zündeinrichtung 5 in der Höhe von einem einlassseitigen und einem auslassseitigen Ventiltrieb 7, 8 kein Zylinderkopfmaterial angeordnet ist. Trotz der zentralen Lage des Kraftstoffinjektors 4 und der Zündeinrichtung 5 baut der erfindungsgemäß ausgestaltete Zylinderkopf 1 nicht breiter als ein konventioneller Zylinderkopf.
  • Mit der Hülse 6 ist es möglich, den Kraftstoffinjektor 4 relativ brennraumnah anzuordnen, wodurch nur noch eine relativ dünne Kraftstoffleitung 12 weitgehend parallel zur Zündeinrichtung 5 in der Hülse 6 geführt werden muss. Im Stand der Technik wäre die Zuführung der Kraftstoffleitung in Richtung der Achse des Kraftstoffinjektors, und würde somit mitten durch den einlassseitigen Ventiltrieb 7 ragen.
  • Zum Betrieb der Gaswechseleinlassventile 2 ist der einlassseitige Ventiltrieb 7, für den Betrieb der Gaswechselauslassventile 3 ist der auslassseitige Ventiltrieb 8 vorgesehen. Der auslassseitige Ventiltrieb 8 ist ein konventioneller Ventiltrieb, der im Rahmen dieser Erfindung nicht näher erläutert wird. Aufgrund der kompakten Anordnung von Kraftstoffinjektor 4, Kraftstoffleitung 12 und Zündeinrichtung 5 im Inneren der Hülse 6 ist einlassseitig soviel Bauraum gewonnen, dass der einlassseitige Ventiltrieb 7 größer ausgestaltet werden kann als der auslassseitige Ventiltrieb 8. Somit ist es möglich einlassseitig einen hubvariablen Ventiltrieb mit einer zu einer Nockenwelle 9 parallel angeordneten Verstellwelle 10 vorzusehen. Ein solcher hubvariabler Ventiltrieb ist beispielsweise in der DE 101 23 186 A1 ausführlich beschrieben.
  • Um nochmals mehr Bauraum für den einlassseitigen Ventiltrieb 7 zu erzielen, weist die Hülse 6 einlassseitig zusätzlich eine Einschnürung 11 auf. Der größte Bauraumgewinn ist dadurch gewonnen, dass der Kraftstoffinjektor 4 weitgehend unterhalb der Einschnürung 11 angeordnet ist.
  • Um eine einfache und kostengünstige Herstellung der Hülse 6 zu gewährleisten, kann diese als einfaches Kunststoffspritzgussteil oder als Blechformteil hergestellt sein, wobei bei der Ausführung als Blechformteil, vorzugsweise einem Stahlblech, eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung gegeben ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit der Hülse 6 ist ein kompakter, relativ schmal bauender Zylinderkopf 1 erzielt. Trotz der zentralen Lage des Kraftstoffinjektors 4 und der Zündeinrichtung 5 baut der erfindungsgemäß ausgestaltete Zylinderkopf 1 nicht breiter als ein konventioneller Zylinderkopf. Darüber hinaus ist es möglich, zumindest einlassseitig einen hubvariablen Ventiltrieb anzuordnen, wobei auch in diesem Fall die Baubreite des Zylinderkopfes 1 nicht größer ist als im Stand der Technik. Somit kann die Einbaubreite der Brennkraftmaschine im Gesamtfahrzeug beibehalten werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1.
    Zylinderkopf
    2.
    Gaswechseleinlassventil
    3.
    Gaswechselauslassventil
    4.
    Kraftstoffinjektor
    5.
    Zündeinrichtung
    6.
    Hülse
    7.
    einlassseitiger Ventiltrieb
    8.
    auslassseitiger Ventiltrieb
    9.
    Nockenwelle
    10.
    Verstellwelle
    11.
    Einschnürung
    12.
    Kraftstoffleitung

Claims (7)

  1. Zylinderkopf (1) für eine fremd gezündete Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoffeinspritzung direkt in einen Zylinder der Brennkraftmaschine, wobei für den Zylinder zwei Einlass- (2, 2') und zwei Gaswechselauslassventile (3, 3') im Zylinderkopf (1) vorgesehen sind und ein Kraftstoffinjektor (4) einlassseitig zwischen den Gaswechseleinlassventilen (2, 2') und eine Zündeinrichtung (5) auslassseitig zwischen den Gaswechselauslassventilen (3, 3') angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet dass, der Kraftstoffinjektor (4) und die Zündeinrichtung (5) in einer gemeinsamen Hülse (6) angeordnet sind, die zwischen den Gaswechselventilen (2; 2', 3, 3') in dem Zylinderkopf (1) anordenbar ist.
  2. Zylinderkopf nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein einlassseitiger Ventiltrieb (7) in Richtung eines auslassseitigen Ventiltriebs (8) einen größeren Bauraum aufweist als der auslassseitige Ventiltrieb (8).
  3. Zylinderkopf nach Patentanspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem größeren Bauraum eine zu einer Nockenwelle (9) parallel angeordnete Verstellwelle (10) angeordnet ist.
  4. Zylinderkopf nach Patentanspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der einlassseitige Ventiltrieb (7) ein hubvariabler Ventiltrieb ist.
  5. Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) einlassseitig im Bereich der Verstellwelle (10) eine Einschnürung (11) aufweist.
  6. Zylinderkopf nach Patentanspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffinjektor (4) weitgehend unterhalb der Einschnürung (11) angeordnet ist.
  7. Zylinderkopf nach einem der Patentansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) aus einem Kunststoff oder einem Metall ist.
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