WO2005108767A1 - Boosted internal combustion engine comprising an injection device - Google Patents

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WO2005108767A1
WO2005108767A1 PCT/EP2005/004529 EP2005004529W WO2005108767A1 WO 2005108767 A1 WO2005108767 A1 WO 2005108767A1 EP 2005004529 W EP2005004529 W EP 2005004529W WO 2005108767 A1 WO2005108767 A1 WO 2005108767A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
internal combustion
fuel
combustion engine
inlet
injection valve
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/004529
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Helmut Gildein
Arnold Kaden
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2005108767A1 publication Critical patent/WO2005108767A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04—Injectors peculiar thereto
    • F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
    • F02M69/044—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the intake conduit downstream of an air throttle valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging

Definitions

  • the invention relates to a supercharged internal combustion engine with an injection device according to the preamble of claim 1.
  • Supercharged internal combustion engines are known, in particular gasoline engines, which are equipped with an injection device in the form of a channel injection device.
  • An injection valve is provided in an inlet duct of the internal combustion engine. It has proven to be advantageous to provide mechanical charging in order to improve the motor behavior in connection with the channel injection device, in particular in the event of changes in load.
  • Mechanical charging is carried out in the form of a machine that works on the displacement principle.
  • the displacement machine is arranged in an intake tract and is mechanically driven by the internal combustion engine.
  • the intake tract includes, among other things, an inlet duct for each cylinder of the internal combustion engine.
  • An inlet opening in which an inlet valve is provided is assigned to the inlet channel.
  • the injection valve injects the fuel in the direction of the intake valve.
  • DE 40 24 841 AI discloses a heatable inlet valve.
  • a heating element is integrated in a valve plate of the inlet valve, which is connected to a heating device via elaborately laid electrical lines. It will also be heating stationary components in the area of the inlet valve, such as a valve seat ring, proposed.
  • the object of the invention is to provide an internal combustion engine of the type mentioned at the beginning, the pollutant emissions of which can be reduced in the cold start and in the warm-up phase without additional devices.
  • the internal combustion engine according to the invention is characterized by inlet valves which are positioned in the closed position when the fuel jets strike and the injected fuel is emitted from the correspondingly arranged, single injection valve such that the surface of the inlet valves facing the inlet channel and available in the closed position is substantially completely wetted with fuel is.
  • the internal combustion engine has a mechanical supercharger in the form of a displacement machine which is arranged in an intake tract of the internal combustion engine.
  • the intake tract has one inlet channel per cylinder of the internal combustion engine.
  • An injection valve is provided in the inlet duct.
  • Two inlet openings are assigned to the inlet channel, in which inlet valves are provided.
  • the inlet openings are separated from one another by a partition in the inlet channel, so that each inlet opening is arranged in a sub-channel of the inlet channel.
  • the displacement machine is mechanically driven by the internal combustion engine and conveys the compressed fresh air into the inlet duct.
  • the Injector injects a conically divergent fuel jet in the direction of the intake valves.
  • the fuel jets are aligned and shaped such that at least the surface of the inlet valves facing the inlet duct is wetted with fuel in the cold start and in the warm-up phase.
  • the inlet valves are positioned in their closed position when the fuel jets strike.
  • the injected fuel spreads on the surface of the intake valve and forms a fuel film with a smaller thickness on the surface of the intake valve than with an injection with a small cone angle.
  • the fuel film evaporates faster from the larger surface.
  • the vaporized fuel mixes with the fresh air and forms a fuel-air mixture in the subchannels.
  • the droplet formation caused by undamped fuel is prevented, which is reflected in greatly reduced HC emissions.
  • the advantages of channel injection in connection with mechanical charging remain unchanged.
  • the injection valve is arranged symmetrically to the inlet valves.
  • Siamese intake ducts the subchannels of which are arranged mirror-inverted to a longitudinal axis of the intake duct or to a transverse engine axis, there is the advantage that fuel jets that are simultaneously sprayed off simultaneously serve the intake valves of an intake duct to reach. This makes mixture formation and combustion reproducible.
  • the injection valve is arranged between 50 mm and 70 mm away from the inlet valves. Due to the arrangement of the injection valve close to the intake valve, the injected fuel quantity can be metered more precisely, since the short distance means there are hardly any influences from the flow of fresh air on the fuel jets.
  • the injection valve has an installation angle ⁇ E of 29 ° to a vertical.
  • the injection valve is provided in an opening in a sealing manner in an upper wall section of the inlet channel. At least one injection nozzle protrudes into the inlet channel.
  • the choice of the acute installation angle of the injection valve relative to the inlet duct and the vertical makes it possible to optimize the installation space with regard to the seal and the installation space of the injection valve.
  • the fuel jets have a bending angle ⁇ B of 17 °.
  • the direction of the sprayed fuel jets differs from a longitudinal axis of the injection valve.
  • the fuel jets are inclined upwards 17 ° to the longitudinal axis or to the cylinder head. An inclination of the fuel jets advantageously results in more degrees of freedom for the arrangement of the injection valve.
  • the fuel jets have a split angle ⁇ s between 40 ° and 50 ° to one another.
  • the injector squirts two from each other separate fuel jets. Adhesion of fuel to the partition can advantageously be avoided by two separate fuel jets.
  • the fuel jets have a cone angle ⁇ ⁇ between 20 ° and 25 °. Due to the large cone angle, a larger surface area of the inlet valves can be wetted with fuel by the conically divergent fuel jets.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified representation of an inlet duct in a side view of the internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematically simplified representation of the inlet duct in a top view of the internal combustion engine according to the invention
  • the supercharged internal combustion engine according to the invention with an injection device has an intake tract and an exhaust tract.
  • a mechanical loader in the form of a displacement machine is provided in the intake tract.
  • the displacement machine is mechanically driven by the internal combustion engine by means of a belt drive.
  • Displacement machine is connected to intake ducts of the internal combustion engine via a suction pipe. There is an intake port and an exhaust port for each cylinder of the internal combustion engine intended.
  • the exhaust ducts form the exhaust tract with an exhaust manifold and an exhaust system connected to it.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show an intake port 1 and an exhaust port 2 for a cylinder 3 of the internal combustion engine, which are provided in a cylinder head 4 of the internal combustion engine, which is not detailed.
  • the intake manifold 6 merges into the inlet duct 1.
  • the inlet duct 1 ends at the inlet openings 7 and 8, which lead into a combustion chamber 9.
  • inlet valves 10, 11 are provided which, in a known manner, via a valve (not shown in detail)
  • Valve actuation mechanism can open and close the inlet openings 7, 8.
  • the inlet valves 10, 11 preferably have an installation angle ⁇ v of 23 ° with respect to a horizontal 12.
  • the horizontal line 12 represents a separating surface between the cylinder head 4 and an engine block 13 of the internal combustion engine, which is not detailed.
  • the inlet openings 7, 8 are separated from one another by a partition 14 in the inlet channel 1.
  • two subchannels 15 and 16 are formed.
  • the subchannels 15, 16 are arranged symmetrically and mirror-inverted to one another with respect to a longitudinal axis of the inlet duct or to a transverse engine axis 17.
  • the outlet channel 2 is constructed in accordance with the inlet channel 1 and is not explained in more detail.
  • the injector 18 is preferably designed as an electromagnetic injection valve and has an electrical connection, not shown, and a fuel supply, not shown.
  • the injection valve 18 has an installation angle ⁇ E of 29 ° measured relative to a vertical 22.
  • the injection nozzle 21 of the injection valve 18 is between 50 mm and 70 mm, preferably 60 mm, from the inlet valves 10, 11 in their closed position.
  • Fuel jets 23, 24 leave the injection nozzle 21 at a bend angle ⁇ B of preferably 17 °.
  • the fuel jets 23, 24 are still inclined upward to a longitudinal axis 25 of the injection valve 18 or towards the cylinder head 4.
  • FIG. 2 shows the symmetrical arrangement of the injection valve 18 to the inlet openings 7, 8.
  • the fuel jets 23, 24 have a split angle ⁇ s of 40 ° to 50 ° to one another.
  • the fuel jets 23, 24 diverge conically from the injection nozzle 21 and have one
  • the parameters of the injection valve 18 and the fuel jets 23, 24 described above make it possible to reduce pollutant emissions in the cold start and in the warm-up phase without additional devices.
  • the displacement machine conveys compressed fresh air into the inlet channels 1 of the internal combustion engine.
  • the intake valves 10, 11 are positioned in their closed position.
  • the fuel jets 23, 24 strike the surfaces 26, 27 of the inlet valves 10, 11 facing the inlet channel 1, so that the surface 26, 27 available in the closed position of the inlet valves 10, 11 is essentially completely fueled are wetted.
  • a fuel film with a smaller thickness is formed on the entire available surfaces 26, 27 of the intake valves 10, 11 than when the fuel is injected onto only one partial surface of the surface 26, 27 of the intake valves 10, 11
  • the area and the small thickness of the fuel film rapidly evaporate from the surface 26, 27 of the intake valves 10, 11.
  • the amount of the unevaporated fuel decreases significantly and the amount of the evaporated fuel, which can form a fuel-air mixture with the pre-compressed fresh air in the inlet duct 1, increases accordingly.
  • the injection of fuel onto the intake valves 10, 11 positioned in the closed position has a supporting effect on the evaporation of the fuel, since, in contrast to an injection onto open intake valves, the fuel does not get into the combustion chamber 9 as unevaporated fuel before it has completely evaporated.
  • the injection of fuel onto the inlet valves 10, 11 positioned in the closed position leads to a pre-storage of a fuel-air mixture in the subchannels 15, 16. This enables considerable advantages in engine behavior, in particular in the event of load changes.
  • the significantly smaller amount of unevaporated fuel that enters combustion chamber 9 when intake valves 10, 11 are opened leads to a drastic reduction in pollutant emissions, in particular HC emissions.
  • the amount of fuel injected can be reduced due to the more effective evaporation of the injected fuel.
  • the intake valves 10, 11 heat up very quickly and very strongly, particularly in supercharged internal combustion engines. With the rapid heating of the intake valves 10, 11, the amount of fuel injected can be further reduced in the cold start and warm-up phase, since the proportion of the undevaporated fuel continues to decrease drastically.
  • the optimized injection provides effective internal cooling when the internal combustion engine is at operating temperature. Due to the optimally distributed fuel, the strongly heated inlet valves 10, 11 can be cooled better on their surfaces 25, 26 than in the case of an injection onto a partial surface of the surfaces 26, 27. This means that cooled inlet valves can be dispensed with.

Abstract

Previously known internal combustion engines feature boosting of the suctioned fresh air as well as an injection device. The invention relates to an internal combustion engine comprising a mechanical boosting device and a duct-type injection device. The intake valves (10, 11) are in the closed position when the fuel jets (23, 24) hit, and the injected fuel moistens at least the surfaces (26, 27) of the intake valves (10, 11) facing the intake duct (1). The inventive internal combustion engine is preferably embodied as a spark-ignition engine for passenger cars.

Description

DaimlerChrysler AGDaimlerChrysler AG
Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer EinspritzvorrichtungSupercharged internal combustion engine with an injector
Die Erfindung betrifft eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a supercharged internal combustion engine with an injection device according to the preamble of claim 1.
Es sind aufgeladene Brennkraftmaschinen bekannt, im Besonderen Ottomotoren, die mit einer Einspritzvorrichtung in Form einer Kanaleinspritzvorrichtung ausgestattet sind. Dabei ist ein Einspritzventil in einem Einlasskanal der Brennkraftmaschine vorgesehen. Es hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine mechanische Aufladung vorzusehen, um in Verbindung mit der Kanaleinspritzvorrichtung eine Verbesserung des motorischen Verhaltens, insbesondere bei LastÄnderungen, zu erreichen. Die mechanische Aufladung ist in Form einer nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Maschine ausgeführt. Die Verdrängermaschine ist in einem Ansaugtrakt angeordnet und wird von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben. Der Ansaugtrakt umfasst unter anderem jeweils einen Einlasskanal für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine. Dem Einlasskanal ist eine Einlassöffnung zugeordnet, in dem ein Einlassventil vorgesehen ist. Das Einspritzventil spritzt den Kraftstoff in Richtung des Einlassventils ein.Supercharged internal combustion engines are known, in particular gasoline engines, which are equipped with an injection device in the form of a channel injection device. An injection valve is provided in an inlet duct of the internal combustion engine. It has proven to be advantageous to provide mechanical charging in order to improve the motor behavior in connection with the channel injection device, in particular in the event of changes in load. Mechanical charging is carried out in the form of a machine that works on the displacement principle. The displacement machine is arranged in an intake tract and is mechanically driven by the internal combustion engine. The intake tract includes, among other things, an inlet duct for each cylinder of the internal combustion engine. An inlet opening in which an inlet valve is provided is assigned to the inlet channel. The injection valve injects the fuel in the direction of the intake valve.
In der gattungsbildenden Druckschrift MTZ, Jahrgang 61 (2000) 7/8, Seiten 458 bis 464, "Technischer Fortschritt durch Evolution" ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, die für jeden Zylinder einen Einlasskanal mit zwei Einlassöffnungen aufweist. In den Einlassöffnungen ist jeweils ein Einlassventil vorgesehen. Das Einspritzventil spritzt je einen Kraftstoffstrahl in Richtung der Einlassventile. Die konisch divergierenden Kraftstoffstrahlen weisen dabei einen kleinen Kegelwinkel (in der Schrift Konus genannt) auf, so dass die Kraftstoffstrahlen auf die Einlassventile treffen. So soll eine Anhaftung der eingespritzten Kraftstoffes an den Wänden der Einlasskanäle vermieden werden. Bei betriebswarmen Brennkraftmaschinen verdampft der Kraftstoff auf den "heißen" Einlassventilen und bildet mit der Frischluft ein Kraftstoff- Luft-Gemisch.In the generic publication MTZ, volume 61 (2000) 7/8, pages 458 to 464, "Technical progress through Evolution "describes an internal combustion engine that has an inlet channel with two inlet openings for each cylinder. An inlet valve is provided in each of the inlet openings. The injection valve injects one fuel jet each in the direction of the inlet valves. The conically divergent fuel jets have a small cone angle (in the Called cone) so that the fuel jets hit the inlet valves. This is to prevent the injected fuel from adhering to the walls of the inlet ducts. In the case of warm internal combustion engines, the fuel evaporates on the "hot" inlet valves and forms a fuel with the fresh air. air mixture.
Beim Kaltstart und im Warmlauf der Brennkraftmaschine werden die Kraftstoffstrahlen aufgrund der relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenzen der Frischluft wenig abgelenkt und verwirbelt . Die Kraftstoffstrahlen treffen aber nur auf Teilflächen der Oberflächen der "kalten", in Offenstellung befindlichen Einlassventile. Dadurch verdampft nur ein Teil des Kraftstoffes, der mit der Frischluft ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden kann. Der nicht verdampfte Kraftstoff gelangt mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch in relativ großen Tropfen in den Brennraum und führt insbesondere zu erhöhten HC-Emissionen. Eine Startanreicherung verstärkt diesen Effekt .During the cold start and when the internal combustion engine is warming up, the fuel jets are deflected and swirled little due to the relatively low flow speeds and turbulence of the fresh air. However, the fuel jets only hit partial surfaces of the surfaces of the "cold" intake valves that are in the open position. As a result, only a part of the fuel evaporates, which can form a fuel-air mixture with the fresh air. The unevaporated fuel enters the combustion chamber in relatively large droplets with the fuel-air mixture and leads in particular to increased HC emissions. A start enrichment enhances this effect.
Um die Schadstoffemissionen beim Kaltstart und in der Warmlaufphase zu senken, sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 40 24 841 AI ein beheizbares Einlassventil. Dabei ist in einem Ventilteller des Einlassventils ein Heizelement integriert, dass über aufwendig verlegte elektrische Leitungen mit einer Heizvorrichtung verbunden ist. Es wird auch das Beheizen von stationären Bauteilen im Bereich des Einlassventils, wie z.B, eines Ventilsitzrings, vorgeschlagen.Various devices are known for reducing pollutant emissions during cold starts and during the warm-up phase. For example, DE 40 24 841 AI discloses a heatable inlet valve. In this case, a heating element is integrated in a valve plate of the inlet valve, which is connected to a heating device via elaborately laid electrical lines. It will also be heating stationary components in the area of the inlet valve, such as a valve seat ring, proposed.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, deren Schadstoffemissionen im Kaltstart und in der Warmlaufphase ohne zusätzliche Vorrichtungen gesenkt werden können.In contrast, the object of the invention is to provide an internal combustion engine of the type mentioned at the beginning, the pollutant emissions of which can be reduced in the cold start and in the warm-up phase without additional devices.
Diese Aufgabe wird durch eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .This object is achieved by a supercharged internal combustion engine with an injection device with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist gekennzeichnet durch Einlassventile, die bei Auftreffen der Kraftstoffstrahlen in Schließstellung positioniert sind und der eingespritzte Kraftstoff von den entsprechend angeordneten, einzigen Einspritzventil so abgegeben wird, dass die dem Einlasskanal zugewandte, in Schließstellung verfügbare Oberfläche der Einlassventile im wesentlichen vollständig mit Kraftstoff benetzt ist. DieThe internal combustion engine according to the invention is characterized by inlet valves which are positioned in the closed position when the fuel jets strike and the injected fuel is emitted from the correspondingly arranged, single injection valve such that the surface of the inlet valves facing the inlet channel and available in the closed position is substantially completely wetted with fuel is. The
Brennkraftmaschine weist eine mechanische Aufladung in Form einer Verdrängermaschine auf, die in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der Ansaugtrakt weist jeweils einen Einlasskanal pro Zylinder der Brennkraftmaschine auf. In dem Einlasskanal ist ein Einspritzventil vorgesehen. Dem Einlasskanal sind zwei Einlassöffnungen zugeordnet, in denen Einlassventile vorgesehen sind. Die Einlassöffnungen sind durch eine Trennwand in dem Einlasskanal voneinander getrennt, so dass jede Einlassöffnung in einem Teilkanal des Einlasskanals angeordnet ist. Die Verdrängermaschine wird von der Brennkraftmaschine mechanisch angetrieben und fördert die verdichtete Frischluft in den Einlasskanal. Das Einspritzventil spritzt jeweils einen konisch divergierenden Kraftstoffstrahl in Richtung der Einlassventile. Die Kraftstoffstrahlen sind so ausgerichtet und geformt, dass vorteilhafterweise im Kaltstart und in der Warmlaufphase zumindest die dem Einlasskanal zugewandte Oberfläche der Einlassventile mit Kraftstoff benetzt wird. Die Einlassventile sind bei Auftreffen der Kraftstoffstrahlen in ihrer Schließstellung positioniert. Der eingespritzte Kraftstoff verteilt sich auf der Oberfläche des Einlassventils und bildet einen Kraftstofffilm mit einer kleineren Dicke auf der Oberfläche des Einlassventils als bei einer Einspritzung mit einem kleinen Kegelwinkel. Der Kraftstofffilm dampft schneller von der größeren Oberfläche ab. Der verdampfte Kraftstoff mischt sich mit der Frischluft und bildet in den Teilkanälen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch. Die Tropfenbildung durch nicht verdämpften Kraftstoff ist unterbunden, was sich in stark reduzierten HC-Emissionen bemerkbar macht. Die Vorteile der Kanaleinspritzung in Verbindung mit der mechanischen Aufladung bleiben weiter erhalten.The internal combustion engine has a mechanical supercharger in the form of a displacement machine which is arranged in an intake tract of the internal combustion engine. The intake tract has one inlet channel per cylinder of the internal combustion engine. An injection valve is provided in the inlet duct. Two inlet openings are assigned to the inlet channel, in which inlet valves are provided. The inlet openings are separated from one another by a partition in the inlet channel, so that each inlet opening is arranged in a sub-channel of the inlet channel. The displacement machine is mechanically driven by the internal combustion engine and conveys the compressed fresh air into the inlet duct. The Injector injects a conically divergent fuel jet in the direction of the intake valves. The fuel jets are aligned and shaped such that at least the surface of the inlet valves facing the inlet duct is wetted with fuel in the cold start and in the warm-up phase. The inlet valves are positioned in their closed position when the fuel jets strike. The injected fuel spreads on the surface of the intake valve and forms a fuel film with a smaller thickness on the surface of the intake valve than with an injection with a small cone angle. The fuel film evaporates faster from the larger surface. The vaporized fuel mixes with the fresh air and forms a fuel-air mixture in the subchannels. The droplet formation caused by undamped fuel is prevented, which is reflected in greatly reduced HC emissions. The advantages of channel injection in connection with mechanical charging remain unchanged.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen aufgeladenen Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung möglich.The measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the supercharged internal combustion engine specified in claim 1 with an injection device.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das Einspritzventil symmetrisch zu den Einlassventilen angeordnet . Besonders in so genannten siamesischen Einlasskanälen, deren Teilkanäle spiegelverkehrt zu einer Längsachse des Einlasskanals bzw. zu einer Motorquerachse angeordnet sind, ergibt sich der Vorteil, dass gleichzeitig abgespritzte Kraftstoffstrahlen gleichzeitig die Einlassventile eines Einlasskanals erreichen. Dadurch wird die Gemischbildung und die Verbrennung reproduzierbar.In an embodiment of the invention, the injection valve is arranged symmetrically to the inlet valves. Particularly in so-called Siamese intake ducts, the subchannels of which are arranged mirror-inverted to a longitudinal axis of the intake duct or to a transverse engine axis, there is the advantage that fuel jets that are simultaneously sprayed off simultaneously serve the intake valves of an intake duct to reach. This makes mixture formation and combustion reproducible.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Einspritzventil zwischen 50mm und 70mm von den Einlassventilen entfernt angeordnet. Durch die einlassventilnahe Anordnung des Einspritzventils ist die eingespritzte Kraftstoffmenge genauer zu dosieren, da durch die kurze Entfernung kaum Einflüsse durch die Strömung der Frischluft auf die Kraftstoffstrahlen vorhanden sind.In a further embodiment of the invention, the injection valve is arranged between 50 mm and 70 mm away from the inlet valves. Due to the arrangement of the injection valve close to the intake valve, the injected fuel quantity can be metered more precisely, since the short distance means there are hardly any influences from the flow of fresh air on the fuel jets.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Einspritzventil einen Einbauwinkel αE von 29° zu einer Vertikalen auf. Das Einspritzventil ist in einer Durchbrechung in einem oberen Wandabschnitt des Einlasskanals abdichtend verbaut vorgesehen. Dabei ragt zumindest eine Einspritzdüse in den Einlasskanal hinein. Vorteilhafterweise ist durch die Wahl des spitzen Einbauwinkels des Einspritzventils zu dem Einlasskanal und der Vertikalen eine Bauraumoptimierung in Bezug auf die Abdichtung und des Einbauraums des Einspritzventils möglich.In a further embodiment of the invention, the injection valve has an installation angle α E of 29 ° to a vertical. The injection valve is provided in an opening in a sealing manner in an upper wall section of the inlet channel. At least one injection nozzle protrudes into the inlet channel. Advantageously, the choice of the acute installation angle of the injection valve relative to the inlet duct and the vertical makes it possible to optimize the installation space with regard to the seal and the installation space of the injection valve.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kraftstoffstrahlen einen Bendwinkel ΘB von 17° auf. Die Richtung der abgespritzten Kraftstoffstrahlen ist dabei von einer Längsachse des Einspritzventils abweichend. Die Kraftstoffstrahlen sind um 17° zu der Längsachse nach oben, bzw. zum Zylinderkopf geneigt. Vorteilhafterweise ergeben sich durch eine Neigung der Kraftstoffstrahlen mehr Freiheitsgrade für die Anordnung des Einspritzventils.In a further embodiment of the invention, the fuel jets have a bending angle Θ B of 17 °. The direction of the sprayed fuel jets differs from a longitudinal axis of the injection valve. The fuel jets are inclined upwards 17 ° to the longitudinal axis or to the cylinder head. An inclination of the fuel jets advantageously results in more degrees of freedom for the arrangement of the injection valve.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kraftstoffstrahlen einen Splitwinkel θs zwischen 40° und 50° zueinander auf. Das Einspritzventil spritzt zwei voneinander getrennte Kraftstoffstrahlen ein. Vorteilhafterweise ist durch zwei getrennte Kraftstoffstrahlen eine Anhaftungen von Kraftstoff an der Trennwand vermeidbar.In a further embodiment of the invention, the fuel jets have a split angle θ s between 40 ° and 50 ° to one another. The injector squirts two from each other separate fuel jets. Adhesion of fuel to the partition can advantageously be avoided by two separate fuel jets.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kraftstoffstrahlen einen Kegelwinkel θκ zwischen 20° und 25° auf. Durch den großen Kegelwinkel ist eine größere Oberfläche der Einlassventile mit Kraftstoff durch die konisch divergierenden Kraftstoffstrahlen benetzbar.In a further embodiment of the invention, the fuel jets have a cone angle θ κ between 20 ° and 25 °. Due to the large cone angle, a larger surface area of the inlet valves can be wetted with fuel by the conically divergent fuel jets.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further features and combinations of features result from the description and the drawings. A specific embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Einlasskanals in einer Seitenansicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine , Fig. 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung des Einlasskanals in einer Draufsicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine1 shows a schematically simplified representation of an inlet duct in a side view of the internal combustion engine according to the invention, FIG. 2 shows a schematically simplified representation of the inlet duct in a top view of the internal combustion engine according to the invention
Die erfindungsgemäße aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung weist einen Ansaugtrakt und einen Auslasstrakt auf. In dem Ansaugtrakt ist ein mechanischer Lader in Form einer Verdrängermaschine vorgesehen. Die Verdrängermaschine wird von der Brennkraftmaschine mechanisch mittels eines Riementriebs angetrieben. DieThe supercharged internal combustion engine according to the invention with an injection device has an intake tract and an exhaust tract. A mechanical loader in the form of a displacement machine is provided in the intake tract. The displacement machine is mechanically driven by the internal combustion engine by means of a belt drive. The
Verdrängermaschine ist über ein Saugrohr mit Einlasskanälen der Brennkraftmaschine verbunden. Für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ist ein Einlasskanal und ein Auslasskanal vorgesehen. Die Auslasskanäle bilden mit einem Abgaskrümmer und einer daran angeschlossenen Abgasanlage den Abgastrakt .Displacement machine is connected to intake ducts of the internal combustion engine via a suction pipe. There is an intake port and an exhaust port for each cylinder of the internal combustion engine intended. The exhaust ducts form the exhaust tract with an exhaust manifold and an exhaust system connected to it.
Die Fig. 1 und die Fig. 2 zeigen einen Einlasskanal 1 und einen Auslasskanal 2 für einen Zylinder 3 der Brennkraftmaschine, die in einem nicht näher detaillierten Zylinderkopf 4 der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. An einer Trennstelle 5 geht das Saugrohr 6 in den Einlasskanal 1 über. Der Einlasskanal 1 endet an den Einlassöffnungen 7 und 8, die in einen Brennraum 9 führen. In den Einlassöffnungen 7, 8 sind Einlassventile 10, 11 vorgesehen, die in bekannter Weise über einen nicht näher dargestellten1 and FIG. 2 show an intake port 1 and an exhaust port 2 for a cylinder 3 of the internal combustion engine, which are provided in a cylinder head 4 of the internal combustion engine, which is not detailed. At a separation point 5, the intake manifold 6 merges into the inlet duct 1. The inlet duct 1 ends at the inlet openings 7 and 8, which lead into a combustion chamber 9. In the inlet openings 7, 8, inlet valves 10, 11 are provided which, in a known manner, via a valve (not shown in detail)
Ventilbetätigungsmechanismus die Einlassöffnungen 7, 8 öffnen und schließen können. Die Einlassventile 10, 11 weisen vorzugsweise einen Einbauwinkel αv von 23° gegen eine Horizontale 12 auf. Die Horizontale 12 stellt eine Trennfläche zwischen dem Zylinderkopf 4 und einen nicht näher detaillierten Motorblock 13 der Brennkraftmaschine dar.Valve actuation mechanism can open and close the inlet openings 7, 8. The inlet valves 10, 11 preferably have an installation angle α v of 23 ° with respect to a horizontal 12. The horizontal line 12 represents a separating surface between the cylinder head 4 and an engine block 13 of the internal combustion engine, which is not detailed.
Wie in der Fig. 2 dargestellt, sind die Einlassöffnungen 7, 8 durch eine Trennwand 14 in dem Einlasskanal 1 voneinander getrennt. Dadurch bilden sich zwei Teilkanäle 15 und 16. Die Teilkanäle 15, 16 sind zu einer Längsachse des Einlasskanals bzw. zu einer Motorquerachse 17 symmetrisch und spiegelverkehrt zueinander angeordnet .As shown in FIG. 2, the inlet openings 7, 8 are separated from one another by a partition 14 in the inlet channel 1. As a result, two subchannels 15 and 16 are formed. The subchannels 15, 16 are arranged symmetrically and mirror-inverted to one another with respect to a longitudinal axis of the inlet duct or to a transverse engine axis 17.
Der Auslasskanal 2 ist entsprechend dem Einlasskanal 1 aufgebaut und wird nicht näher erläutert .The outlet channel 2 is constructed in accordance with the inlet channel 1 and is not explained in more detail.
In der Fig. 1 ist ein Einspritzventil 18 dargestellt, das in einer Durchbrechung 19 in einem oberen Wandbereich 20 des Einlasskanals 1 abdichtend verbaut untergebracht ist, so dass eine Einspritzdüse 21 des Einspritzventils 18 in den Einlasskanal 1 hineinragt. Das Einspritzventil 18 ist vorzugsweise als elektromagnetisches Einspritzventil ausgeführt und hat einen nicht näher dargestellten elektrischen Anschluss und eine nicht näher dargestellte KraftstoffVersorgung. Das Einspritzventil 18 weist einen Einbauwinkel αE von 29° gemessen zu einer Vertikalen 22 auf. Die Einspritzdüse 21 des Einspritzventils 18 ist zwischen 50 mm und 70 mm, vorzugsweise 60 mm, von den Einlassventilen 10, 11, in ihrer Schließstellung, entfernt. Die1 shows an injection valve 18, which is installed in a seal in an opening 19 in an upper wall region 20 of the inlet channel 1, so that an injection nozzle 21 of the injection valve 18 projects into the inlet channel 1. The injector 18 is preferably designed as an electromagnetic injection valve and has an electrical connection, not shown, and a fuel supply, not shown. The injection valve 18 has an installation angle α E of 29 ° measured relative to a vertical 22. The injection nozzle 21 of the injection valve 18 is between 50 mm and 70 mm, preferably 60 mm, from the inlet valves 10, 11 in their closed position. The
Kraftstoffstrahlen 23, 24 verlassen die Einspritzdüse 21 mit einem Bendwinkel ΘB von vorzugsweise 17°. Dabei sind die Kraftstoffstrahlen 23, 24 zu einer Längsachse 25 des Einspritzventils 18 noch oben bzw. zum Zylinderkopf 4 hin geneigt .Fuel jets 23, 24 leave the injection nozzle 21 at a bend angle Θ B of preferably 17 °. The fuel jets 23, 24 are still inclined upward to a longitudinal axis 25 of the injection valve 18 or towards the cylinder head 4.
Die Fig. 2 zeigt die symmetrische Anordnung des Einspritzventils 18 zu den Einlassöffnungen 7, 8. Die Kraftstoffstrahlen 23, 24 weisen einen Splitwinkel θs von 40° bis 50° zueinander auf. Die Kraftstoffstrahlen 23, 24 divergieren konisch aus der Einspritzdüse 21 und weisen einenFIG. 2 shows the symmetrical arrangement of the injection valve 18 to the inlet openings 7, 8. The fuel jets 23, 24 have a split angle θ s of 40 ° to 50 ° to one another. The fuel jets 23, 24 diverge conically from the injection nozzle 21 and have one
Kegelwinkel θκ von 20° bis 25° auf.Cone angle θ κ from 20 ° to 25 °.
Erfindungsgemäß ist es durch die oben beschriebenen Parameter des Einspritzventils 18 und der Kraftstoffstrahlen 23, 24 möglich, Schadstoffemissionen im Kaltstart und in der Warmlaufphase ohne zusätzliche Vorrichtungen zu senken. Dazu fördert die Verdrängermaschine verdichtete Frischluft in die Einlasskanäle 1 der Brennkraftmaschine. Während der Einspritzvorganges, im Besonderen im Kaltstart und der Warmlauf hase, sind die Einlassventile 10, 11 in ihrer Schließstellung positioniert. Die Kraftstoffstrahlen 23, 24 treffen auf die dem Einlasskanal 1 zugewandten Oberflächen 26, 27 der Einlassventile 10, 11, so dass die in Schließstellung der Einlassventile 10, 11 verfügbaren Oberfläche 26, 27 im wesentlichen vollständig mit Kraftstoff benetzt sind. Es bildet sich bei gleicher Einspritzmenge ein Kraftstofffilm mit einer geringeren Dicke auf den gesamten verfügbaren Oberflächen 26, 27 der Einlassventile 10, 11 als bei einer Einspritzung des Kraftstoffes nur auf jeweils eine Teilfläche der Oberfläche 26, 27 der Einlassventile 10, 11. Durch die große Fläche und die geringe Dicke dampft der Kraftstofffilm schnell von den Oberfläche 26, 27 der Einlassventile 10, 11 ab. Die Menge des unverdampften Kraftstoffs nimmt deutlich ab und die Menge des verdampften Kraftstoffes, der mit der vorverdichteten Frischluft im Einlasskanal 1 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch bilden kann, nimmt entsprechend zu.According to the invention, the parameters of the injection valve 18 and the fuel jets 23, 24 described above make it possible to reduce pollutant emissions in the cold start and in the warm-up phase without additional devices. For this purpose, the displacement machine conveys compressed fresh air into the inlet channels 1 of the internal combustion engine. During the injection process, in particular during the cold start and the warm-up run, the intake valves 10, 11 are positioned in their closed position. The fuel jets 23, 24 strike the surfaces 26, 27 of the inlet valves 10, 11 facing the inlet channel 1, so that the surface 26, 27 available in the closed position of the inlet valves 10, 11 is essentially completely fueled are wetted. With the same injection quantity, a fuel film with a smaller thickness is formed on the entire available surfaces 26, 27 of the intake valves 10, 11 than when the fuel is injected onto only one partial surface of the surface 26, 27 of the intake valves 10, 11 The area and the small thickness of the fuel film rapidly evaporate from the surface 26, 27 of the intake valves 10, 11. The amount of the unevaporated fuel decreases significantly and the amount of the evaporated fuel, which can form a fuel-air mixture with the pre-compressed fresh air in the inlet duct 1, increases accordingly.
Die Einspritzung von Kraftstoff auf die in Schließstellung positionierten Einlassventile 10, 11 wirkt unterstützend auf die Verdampfung des Kraftstoffs ein, da der Kraftstoff im Gegensatz zu einer Einspritzung auf offene Einlassventile nicht vor dem vollständigen Verdampfen als unverdampfter Kraftstoff in den Brennraum 9 gelangt. Zusätzlich führt die Einspritzung von Kraftstoff auf die in Schließstellung positionierten Einlassventile 10, 11 zu einer Vorlagerung von einen Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Teilkanälen 15, 16. Dadurch sind erhebliche Vorteile im motorischen Verhalten, insbesondere bei Laständerungen, möglich.The injection of fuel onto the intake valves 10, 11 positioned in the closed position has a supporting effect on the evaporation of the fuel, since, in contrast to an injection onto open intake valves, the fuel does not get into the combustion chamber 9 as unevaporated fuel before it has completely evaporated. In addition, the injection of fuel onto the inlet valves 10, 11 positioned in the closed position leads to a pre-storage of a fuel-air mixture in the subchannels 15, 16. This enables considerable advantages in engine behavior, in particular in the event of load changes.
Vorteilhafterweise führt die deutlich geringere Menge an unverdampften Kraftstoff, der bei Öffnen der Einlassventile 10, 11 in den Brennraum 9 gelangt, zu einer drastischen Reduzierung der Schadstoffemissionen, insbesondere der HC- Emissionen. Darüber hinaus ist die eingespritzten Kraftstoffmenge aufgrund der effektiveren Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes reduzierbar. Die Einlassventile 10, 11 heizen sich insbesondere in aufgeladenen Brennkraftmaschinen sehr schnell und sehr stark auf. Mit dem schnellen Aufheizen der Einlassventile 10, 11 ist im Kaltstart und der Warmlaufphase die Menge des eingespritzten Kraftstoffes weiter reduzierbar, da der Anteil des unverdampften Kraftstoffes weiter drastisch abnimmt. Weiter ist durch die optimierte Einspritzung eine effektive Innenkühlung bei betriebswarmer Brennkraftmaschine gegeben. Die stark erhitzten Einlassventile 10, 11 sind durch den optimal verteilten Kraftstoff auf ihren Oberflächen 25, 26 besser kühlbar als bei einer Einspritzung auf eine Teilfläche der Oberflächen 26, 27. Dadurch kann auf gekühlte Einlassventile verzichtet werden. Advantageously, the significantly smaller amount of unevaporated fuel that enters combustion chamber 9 when intake valves 10, 11 are opened leads to a drastic reduction in pollutant emissions, in particular HC emissions. In addition, the amount of fuel injected can be reduced due to the more effective evaporation of the injected fuel. The intake valves 10, 11 heat up very quickly and very strongly, particularly in supercharged internal combustion engines. With the rapid heating of the intake valves 10, 11, the amount of fuel injected can be further reduced in the cold start and warm-up phase, since the proportion of the undevaporated fuel continues to decrease drastically. Furthermore, the optimized injection provides effective internal cooling when the internal combustion engine is at operating temperature. Due to the optimally distributed fuel, the strongly heated inlet valves 10, 11 can be cooled better on their surfaces 25, 26 than in the case of an injection onto a partial surface of the surfaces 26, 27. This means that cooled inlet valves can be dispensed with.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche DaimlerChrysler AG patent claims
Aufgeladene Brennkraftmaschine mit einer Einspritzvorrichtung, mit einem einzigen Einspritzventil in einem Einlasskanal stromauf von zumindest zwei Einlassventilen, die jeweils in einer Einlassöffnung angeordnet sind und die Einlassöffnungen in jeweils durch eine Trennwand im Einlasskanal gebildeten Teilkanälen vorgesehen sind, wobei das Einspritzventil je einen konisch divergierenden Kraftstoffstrahl in Richtung der zumindest zwei Einlassventile einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassventile (10, 11) bei Auftreffen der Kraftstoffstrahlen (23, 24) in Schließstellung positioniert sind und der eingespritzte Kraftstoff von den entsprechend angeordneten, einzigen Einspritzventil (18) so abgegeben wird, dass die dem Einlasskanal (1) zugewandte, in Schließstellung verfügbaren Oberflächen (26, 27) der Einlassventile (10, 11) im wesentlichen vollständig mit Kraftstoff benetzt ist.Supercharged internal combustion engine with an injection device, with a single injection valve in an inlet duct upstream of at least two inlet valves, which are each arranged in an inlet opening and the inlet openings are each provided in subchannels formed by a partition in the inlet duct, the injection valve each having a conically divergent fuel jet in Injects the direction of the at least two inlet valves, characterized in that the inlet valves (10, 11) are positioned in the closed position when the fuel jets (23, 24) strike and the injected fuel is dispensed from the correspondingly arranged, single injection valve (18) in such a way that the surfaces (26, 27) of the inlet valves (10, 11) facing the inlet channel (1) and available in the closed position are substantially completely wetted with fuel.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (18) symmetrisch zu den Einlassventilen (10, 11) angeordnet ist. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the injection valve (18) is arranged symmetrically to the inlet valves (10, 11).
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (18) zwischen 50mm und 70mm von den Einlassventilen (10, 11) entfernt angeordnet ist.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the injection valve (18) between 50mm and 70mm from the inlet valves (10, 11) is arranged away.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (18) einen Einbauwinkel αE von 29° zu einer Vertikalen (22) aufweist.4. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the injection valve (18) has an installation angle α E of 29 ° to a vertical (22).
5. Brennkraftmaschine einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffstrahlen (23, 24) einen Bendwinkel ΘB von 17° aufweisen.5. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel jets (23, 24) have a bend angle Θ B of 17 °.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffstrahlen (23, 24) einen Splitwinkel θs zwischen 40° und 50° zueinander aufweisen.6. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fuel jets (23, 24) have a split angle θ s between 40 ° and 50 ° to each other.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffstrahlen (23, 24) einen Kegelwinkel θ zwischen 20° und 25° aufweisen. 7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fuel jets (23, 24) have a cone angle θ between 20 ° and 25 °.
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