WO2018108298A1 - Zylinderkopf für eine hubkolben-verbrennungskraftmaschine, sowie hubkolben-verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (10) für eine wenigstens einen Brennraum aufweisende Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Gehäuseelement (12), durch welches zumindest ein Einlasskanal (14) gebildet ist, mittels welchem zumindest Luft in den Brennraum einleitbar ist, und mit einer relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbaren Leiteinrichtung (16) zum Leiten der den Einlasskanal (14) durchströmenden Luft, deren Strömung mittels der Leiteinrichtung (16) beeinflussbar ist, wobei die Leiteinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal (14) aus- und in den Brennraum einströmt, zweidimensional zu variieren.

Description

Zylinderkopf für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, sowie Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine

Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.

Derartige Zylinderköpfe für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen sowie derartige Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen mit solchen Zylinderköpfen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die jeweilige Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine ist dabei dazu ausgebildet, das Kraftfahrzeug anzutreiben und umfasst hierzu wenigstens einen

Brennraum, welcher als Zylinder ausgebildet ist. Der Zylinder ist üblicherweise durch ein Zylindergehäuse gebildet, wobei das Zylindergehäuse und der jeweilige Zylinderkopf der jeweiligen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseelemente ausgebildet sind. Dabei umfasst der Zylinderkopf wenigstens ein Gehäuseelement, durch welches zumindest ein Einlasskanal gebildet ist. Der Einlasskanal ist zumindest von Luft durchströmbar, wobei mittels des Einlasskanals die den Einlasskanal durchströmende Luft in den Brennraum einleitbar ist.

Während eines befeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise mit Hilfe der über den Einlasskanal in den Brennraum einströmenden Luft ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, indem beispielsweise ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird.

Außerdem weist der Zylinderkopf eine relativ zu dem Gehäuseelement bewegbare Leiteinrichtung zum Leiten der den Einlasskanal durchströmenden Luft auf, deren Strömung mittels der Leiteinrichtung beeinflussbar ist. Üblicherweise ist die

Leiteinrichtung dazu ausgebildet, eine zumindest im Wesentlichen tumbleförmige

Strömung der Luft zu bewirken, sodass die Luft mit einer zumindest im Wesentlichen tumble- beziehungsweise walzenförmigen Strömung in den Brennraum einströmt.

Die Leiteinrichtung wird beispielsweise als Ladungsbewegungseinrichtung bezeichnet und ist üblicherweise zwischen wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Zuständen verstellbar, wobei beispielsweise in einem ersten der Zustände eine gegenüber dem zweiten Zustand stärkere tumbleförmige Strömung der Luft mittels der Leiteinrichtung bewirkt wird. Eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem solchen Zylinderkopf ist auch aus der US 5 671 712 A bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zylinderkopf und eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Zylinderkopf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen

Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um einen Zylinderkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit beispielsweise energie- beziehungsweise kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal aus- und in den Brennraum einströmt, zweidimensional, das heißt beispielsweise in schräg oder vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen zu variieren beziehungsweise zu beeinflussen. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Strömungs- oder Ladungsbewegung bewirkt werden, mit der die Luft in den beispielsweise als Zylinder ausgebildeten Brennraum einströmt. Insbesondere ist es möglich, durch Einstellen der Einströmrichtung eine besonders vorteilhafte

Ladungsbewegung zu realisieren, wobei die Ladungsbewegung mittels der Leiteinrichtung bedarfsgerecht an unterschiedliche Betriebszustände der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes ist es beispielsweise möglich, bedarfsgerecht eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung oder aber eine zumindest im Wesentlichen tumble- beziehungsweise walzenförmige Strömung der Luft einzustellen, wobei beispielsweise die drallförmige Strömung und die tumbleförmige Strömung zumindest im Wesentlichen unabhängig voneinander beeinflusst werden können.

Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass herkömmliche

Zylinderköpfe jeweilige Einlasskanäle mit starrer Geometrie aufweisen, sodass eine Variierung beziehungsweise Beeinflussung der Einströmrichtung nicht möglich ist. Ferner sind solche Zylinderköpfe bekannt, in deren Einlasskanälen jeweils ein zusätzliches Element angeordnet ist, welches beispielsweise zwischen einer zumindest einen

Teilbereich eines von der Luft durchströmbaren Strömungsquerschnitts des jeweiligen Einlasskanals fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den

Teilbereich freigebenden Offensteliung bewegbar ist. Ferner sind Elemente bekannt, welche die Strömung der Luft hinsichtlich ihrer Eigenschaft verändern können, um dadurch beispielsweise eine Drall- oder Tumbleströmung der Luft einzustellen. Ein solches Element ist beispielsweise als Klappe, insbesondere als Drall- und/oder

Tumbleklappe, ausgebildet.

Im Stand der Technik können jedoch die Einströmrichtung und somit eine

Einlassströmung der in den Brennraum einströmenden Luft nur in äußerst geringem Maße eindimensional variiert beziehungsweise beeinflusst werden. Da eine Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine üblicherweise jedoch Betriebspunkte mit sehr komplexen Anforderungen aufweist, kann eine herkömmliche Leiteinrichtung diese komplexen Anforderungen nicht erfüllen. Dies führt in allen Kennfeldbereichen, in denen die

Strömung der Luft nicht optimal ist, zu Verbrauchs- und Emissionsnachteilen, was nun jedoch mittels des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes vermieden werden kann. Mit anderen Worten können mittels des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden.

Die Leiteinrichtung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes ermöglicht insbesondere eine Einströmvektorsteuerung. Unter einer solchen Einströmvektorsteuerung ist zu verstehen, dass ein Einströmvektor, entlang welchem die Luft aus dem Einlasskanal aus- und in den Brennraum einströmt, zweidimensional und somit beispielsweise in den zuvor genannten Ebenen einstellbar und somit variierbar ist. Die den Einlasskanal durchströmende Luft wird beispielsweise genutzt, um in dem Brennraum ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. Dieses Kraftstoff-Luft-Gemisch wird auch einfach als Gemisch bezeichnet und umfasst die Luft und einen Kraftstoff, insbesondere einen flüssigen Kraftstoff, zum Betreiben der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine. Das Gemisch wird beispielsweise zu einem Zündzeitpunkt, insbesondere mittels Fremdzündung, gezündet. Dabei ermöglicht die Leiteinrichtung des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes eine zumindest im Wesentlichen exakte Einstellung einer turbulenzkinetischen Energie in dem Gemisch zum Zündzeitpunkt. Ferner kann durch die bedarfsgerechte Einstellung der Einströmrichtung die Kraftstoffverteilung im Brennraum bedarfsgerecht variiert werden.

Beispielsweise kann eine sehr homogene Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum eingestellt werden, sodass eine besonders hohe Leistung der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist. Ferner ist es denkbar, mittels der

Leiteinrichtung eine zumindest im Wesentlichen heterogene Verteilung des Kraftstoffs im Brennraum einzustellen, sodass beispielsweise im Bereich einer Zündkerze zum Zünden des Gemisches eine besonders hohe Menge an Kraftstoff angeordnet ist, um eine besonders hohe Zündwilligkeit des Gemisches zu realisieren. In einem von dem genannten Bereich unterschiedlichen und beispielsweise gegenüber dem Bereich größeren Hauptvolumen des Brennraumes kann ein mageres beziehungsweise ein gegenüber dem Bereich etwas mageres Gemisch eingestellt werden, um einen vollständigen Ausbrand zu realisieren. Dadurch können die Emissionen an

unverbranntem Kohlenwasserstoff (HC) und an Stickoxiden, insbesondere an

Stickstoffmonoxid (NO), besonders gering gehalten werden. In der Nähe einer den Brennraum zumindest teilweise begrenzenden und auch als Brennraumwand

bezeichneten Wandung kann beispielsweise ein sehr mageres Gemisch eingestellt werden, wodurch Wärmeverluste über die Brennraumwand in ein Kühlmittel sowie ein Kraftstoffeintrag in Öl zum Schmieren der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering gehalten werden können.

Um die Einströmrichtung besonders vorteilhaft beeinflussen und insbesondere variieren zu können, ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Leiteinrichtung ein relativ zu dem Gehäuseelement bewegbares erstes Leitelement zum Variieren der Einströmrichtung in einer ersten der Ebenen umfasst. Ferner umfasst die Leiteinrichtung ein relativ zu dem Gehäuseelement bewegbares zweites Leitelement zum Variieren der Einströmrichtung in einer schräg oder senkrecht zur ersten Ebene verlaufenden zweiten der Ebenen. In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Leiteinrichtung ein relativ zu dem

Gehäuseelement bewegbares drittes Leitelement zum Variieren der Einströmrichtung in einer schräg oder senkrecht zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene verlaufenden dritten der Ebenen.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitelemente unabhängig voneinander bewegbar sind. Dadurch kann beispielsweise eines der

Leitelemente bewegt werden, während die anderen Leitelemente nicht bewegt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Einströmrichtung in einer der drei Ebenen zu variieren, während eine Variierung der Einströmrichtung in den anderen beiden Ebenen unterbleibt.

Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Leitelemente relativ zu einander bewegbar sind. Dadurch kann die Einströmrichtung besonders bedarfsgerecht und flexibel eingestellt werden.

Um dabei die Einströmrichtung besonders effizient und effektiv beeinflussen zu können, ist das erste Leitelement und/oder das zweite Leitelement und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement um eine Schwenkachse relativ zu dem Gehäuseelement

verschwenkbar. Dadurch kann beispielsweise auch der Bauraumbedarf des

Zylinderkopfes besonders gering gehalten werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, wenn die Schwenkachsen in jeweiligen, schräg oder senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen verlaufen.

Insbesondere verlaufen die Schwenkachsen in den Ebenen, in denen die

Einströmrichtung variierbar ist.

Um einen besonders effizienten Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das erste Leitelement und/oder das zweite Leitelement und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement eine Längserstreckungsrichtung, einen ersten Längenbereich, einen zweiten Längenbereich und einen dritten Längenbereich aufweist. Der erste Längenbereich weist beispielsweise eine außenumfangsseitige Form eines geraden Kreiszylinders auf. Mit anderen Worten ist beispielsweise das jeweilige Leitelement in dem ersten Längenbereich außenumfangsseitig nach Art eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders ausgebildet beziehungsweise das jeweilige Leitelement weist in dem ersten

Längenbereich außenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders auf. Der zweite Längenbereich folgt in Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Leitelements auf den ersten Längenbereich, wobei der zweite Längenbereich eine außenumfangsseitige Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Mit anderen Worten weist das jeweilige Leitelement in dem zweiten Längenbereich außenumfangsseitig die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders auf.

Der dritte Längenbereich ist in Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Leitelements zwischen dem ersten Längehbereich und dem zweiten Längenbereich angeordnet, wobei der dritte Längenbereich eine Ausnehmung aufweist, mittels welcher die Einströmrichtung variierbar ist. Die Ausnehmung beziehungsweise eine die Ausnehmung zumindest teilweise begrenzende Wandung ist somit gegenüber dem ersten und zweiten

Längenbereich zurückversetzt. Insbesondere ist die Wandung, welche beispielsweise einen Boden der Ausnehmung ist, zumindest im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet, um dadurch die den Einlasskanal durchströmende und beispielsweise die Wandung an- und umströmende Luft besonders strömungsgünstig ablenken beziehungsweise leiten zu können.

Das jeweilige Leitelement ist beispielsweise starr und somit gegenüber einem Elastomer nicht elastisch verformbar. Dabei ist das jeweilige Leitelement beispielsweise als Klappoder Stellwelle ausgebildet.

Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das erste Leitelement und/oder das zweite Leitelement und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement elastisch verformbar, das heißt flexibel und dadurch relativ zu dem Gehäuseelement bewegbar ist. Somit ist das jeweilige Leitelement beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere aus einem Elastomer beziehungsweise Gummi, gebildet, wobei das jeweilige Leitelement beispielsweise als eine Membran ausgebildet sein kann. Mittels des jeweiligen Leitelements kann, insbesondere betriebspunktabhängig, die Strömung der Luft zumindest im Wesentlichen optimal beeinflusst werden, um dadurch einen besonders effizienten und wirkungsgradgünstigen Betrieb der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine zu realisieren.

In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist in dem als Zylinder ausgebildeten Brennraum ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der Kolben ist zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt translatorisch bewegbar. Bei seiner Bewegung von dem unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt beziehungsweise umgekehrt von dem oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt führt der Kolben einen Hub aus, welcher auch als Kolbenhub bezeichnet wird. Dabei ist beispielsweise die zuvor beschriebene Einströmvektorsteuerung

kolbenhubabhängig, indem beispielsweise das insbesondere als Stellwelle ausgebildete Leitelement synchron mit einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine bewegt wird beziehungsweise umläuft.

Die Kurbelwelle ist eine Abtriebswelle, welche beispielsweise an einem Kurbelgehäuse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine um eine Drehachse relativ zu dem

Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei ist der zuvor genannte Kolben über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre

Drehachse umgewandelt werden. Die Nockenwelle ist von der Abtriebswelle antreibbar und wird beispielsweise genutzt, um wenigstens ein dem Brennraum zugeordnetes Gaswechselventil zu betätigen. Dabei ist es denkbar, dass das jeweilige Leitelement, zumindest mittelbar, mit der Kurbelwelle beziehungsweise mit der Nockenwelle gekoppelt oder koppelbar und somit von der Kurbelwelle beziehungsweise von der Nockenwelle antreibbar ist. Dadurch kann die Einströmvektorsteuerung kolbenhubabhängig

durchgeführt werden.

Um eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leiteinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal aus- und in den

Brennraum einströmt, zweidimensional variierbar ist. Vorteile und vorteilhafte

Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zylinderkopfes sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine anzusehen und umgekehrt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines

erfindungsgemäßen Zylinderkopfes, mit einer Leiteinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher Luft aus einem Einlasskanal des Zylinderkopfes aus- und in einen dem Einlasskanal zugeordneten Brennraum einströmt, zweidimensional zu variieren;

Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht der Leiteinrichtung;

Fig. 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des

Zylinderkopfes; und

Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Schnittansicht des Zylinderkopfes durch den Einlasskanal.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Zylinderkopf für eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielweise eines

Personenkraftwagens. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ist Bestandteil eines Antriebsstranges des Kraftfahrzeugs, welches mittels des Antriebsstranges, insbesondere mittels der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, antreibbar ist. Die Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine wird einfach auch als Verbrennungskraftmaschine oder Verbrennungsmotor bezeichnet und ist beispielsweise als Ottomotor, Dieselmotor oder aber als andere Verbrennungskraftmaschine ausgebildet.

Die Verbrennungskraftmaschine weist ein in den Fig. nicht dargestelltes Zylindergehäuse auf, durch welches wenigstens ein als Zylinder ausgebildeter Brennraum der

Verbrennungskraftmaschine gebildet ist. In vollständig hergestelltem Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist in dem Zylinder ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, sodass der Kolben relativ zu dem Zylindergehäuse translatorisch bewegbar ist. Dabei kann sich der Kolben zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) hin- und herbewegen. Bei seiner Bewegung aus dem unteren Totpunkt in den oberen Totpunkt beziehungsweise aus dem oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt führt der Kolben einen Hub aus, welcher auch als Kolbenhub bezeichnet wird.

Die Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle, welche an einem Kurbelgehäuse um eine Drehachse relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar gelagert ist. Dabei ist beispielsweise das Kurbelgehäuse einstückig mit dem Zylindergehäuse ausgebildet, sodass das Zylindergehäuse

beziehungsweise das Kurbelgehäuse als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Zylindergehäuse und das Kurbelgehäuse als separat

voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Gehäuseteile ausgebildet sind. Der Kolben ist über einen Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle, insbesondere mit einem Hubzapfen der Kurbelwelle, verbunden, sodass die translatorischen Bewegungen des Kolbens in dem Zylinder in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle um ihre

Drehachse umgewandelt werden.

Der Zylinderkopf 10 umfasst wenigstens ein Gehäuseelement 12, welches beispielsweise separat von dem Zylindergehäuse ausgebildet und mit dem Zylindergehäuse verbunden ist. Durch das Gehäuseelement 12 ist wenigstens ein dem Zylinder zugeordneter

Einlasskanal gebildet. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass bei dem in den Fig.

veranschaulichten Ausführungsbeispiel das Gehäuseelement 12 zwei Einlasskanäle 14 bildet, welche dem Zylinder zugeordnet sind. Die Einlasskanäle 14 sind von Luft durchströmbar, wobei die die Einlasskanäle 14 durchströmende Luft mittels der

Einlasskanäle 14 in den zugehörigen Zylinder einleitbar ist.

Dem jeweiligen Einlasskanal 14 ist ein in den Fig. nicht dargestelltes, als Einlassventil ausgebildetes Gaswechselventil zugeordnet, welches bewegbar an dem Gehäuseelement 12 gehalten ist. Dabei ist das Einlassventil relativ zu dem Gehäuseelement 12

translatorisch zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung bewegbar. In der Schließstellung versperrt das Einlassventil den dem Einlassventil zugeordneten Einlasskanal 14, sodass der jeweilige Einlasskanal 14 von dem Zylinder fluidisch getrennt ist. In der Offenstellung jedoch gibt das Einlassventil den dem

Einlassventil zugeordneten Einlasskanal 14 frei, sodass beispielsweise Luft, die den jeweiligen Einlasskanal 14 durchströmt, aus dem Einlasskanal 14 aus- und in den Zylinder einströmen kann. Um das jeweilige Einlassventil aus der Schließstellung in die Offenstellung zu bewegen, umfasst die Verbrennungskraftmaschine wenigstens eine Nockenwelle, welche beispielsweise an dem Zylinderkopf 10, insbesondere an dem Gehäuseelement 12, um eine zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement 12 drehbar gelagert ist. Dabei verläuft beispielsweise die zweite Drehachse zumindest im Wesentlichen parallel zur ersten Drehachse der Kurbelwelle. Dabei ist die Nockenwelle, insbesondere über ein Antriebssystem, von der Kurbelwelle antreibbar, sodass das jeweilige Gaswechselventil mittels der Nockenwelle betätigbar und somit aus der jeweiligen Schließstellung in die jeweilige Offenstellung bewegbar ist. In der Offenstellung ist beispielsweise ein dem jeweiligen Gaswechselventil zugeordnetes Federelement gespannt, sodass das

Federelement in der Offenstellung eine Federkraft bereitstellt. Mittels der Federkraft ist das jeweilige Gaswechselventil aus der jeweilige Offenstellung in die jeweilige

Schließstellung bewegbar.

Der Zylinderkopf 10 und somit die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfassen femer eine besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 2 erkennbare und im Ganzen mit 16 bezeichnete Leiteinrichtung zum Leiten der den jeweiligen Einlasskanal 14 durchströmenden Luft, deren Strömung mittels der Leiteinrichtung 16 beeinflussbar ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass jedem Einlasskanal 14 eine Leiteinrichtung 16 zugeordnet ist.

Um nun einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchs-,

wirkungsgradgünstigen und emissionsarmen Betrieb der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist die Leiteinrichtung 16 dazu ausgebildet, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal aus- und in den Brennraum (Zylinder) einströmt, zweidimensional zu variieren.

Während eines befeuerten Betriebs der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine werden dem Zylinder die Luft und ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine zugeführt. Dabei wird der Kraftstoff insbesondere direkt in den Zylinder eingespritzt. Hierdurch entsteht in dem Zylinder ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches gezündet und dadurch verbrannt wird. Die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, welches einfach auch als Gemisch bezeichnet wird, erfolgt beispielsweise durch Selbstzündung oder aber durch Fremdzündung mittels einer Fremdzündeinrichtung, welche auch als Zündkerze bezeichnet wird. Insbesondere wird das Gemisch zu einem, insbesondere vorgebbaren, Zündzeitpunkt gezündet. Mittels der Leiteinrichtung 16 ist eine Einströmvektorsteuerung realisierbar, in deren Rahmen ein Vektor, entlang welchem zumindest die Luft aus dem Einlasskanal 14 in den Zylinder einströmt, zweidimensional einstellbar beziehungsweise beeinflussbar ist. Somit ist eine zweidimensionale Variation der Einströmrichtung, welche auch als

Einströmungsrichtung bezeichnet wird, möglich.

Der jeweilige Einlasskanal 14 wird auch als Einlasskanalschenkel bezeichnet. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass jeder

Einlasskanalschenkel mit vier Leitelementen 18a-d der jeweiligen Leiteinrichtung 16 versehen wird. Die Leitelemente 18a-d sind beispielsweise mittels eines gemeinsamen Aktors oder aber mittels eines jeweiligen Aktors relativ zu dem Gehäuseelement 12 bewegbar und dadurch verstellbar, um die Strömung der Luft und insbesondere deren Einströmrichtung zu variieren. Die Leitelemente 18 a-d sind somit Elemente zur

Strömungsführung, um die den Einlasskanal 14 durchströmende und dabei aus dem Einlasskanal 14 aus- und in den Zylinder einströmende Luft bedarfsgerecht beeinflussen zu können. Die Leiteinrichtung 16 stellt dabei ein einfaches System zur

zweidimensionalen Strömungsbeeinflussung dar. Insbesondere ist es denkbar, dass die Leiteinrichtung 16 eines ersten der Einlasskanäle 14 unabhängig von der Leiteinrichtung 16 des anderen Einlasskanals 14 verstellbar ist und umgekehrt. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Leitelemente 18a-d der Leiteinrichtung 16 relativ zueinander und/oder unabhängig voneinander bewegt und dadurch verstellt werden können.

Besonders gut aus Fig. 2 ist erkennbar, dass bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel das jeweilige Leitelement 18a-d als Stellwelle oder Stellwalze ausgebildet und dabei um eine Schwenkachse relativ zu dem Gehäuseelement 12 verschwenkbar ist. Dabei verlaufen die Schwenkachsen der Leitelemente 18a und 18b zumindest im Wesentlichen parallel zueinander wobei auch die Schwenkachsen der Leitelemente 18c und 18d zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Die Schwenkachsen der Leitelemente 18a und 18b verlaufen beispielsweise in einer gemeinsamen ersten Ebene, wobei die Schwenkachsen der Leitelemente 18c und 18d beispielsweise in einer zweiten Ebene verlaufen. Dabei sind die Ebenen beispielsweise voneinander beabstandet und verlaufen zumindest im Wesentlichen parallel zueinander. Ferner ist es denkbar, dass die Schwenkachsen der Leitelemente 18a und 18b senkrecht zu einer dritten Ebene und die Schwenkachsen der Leitelemente 8c und 18d senkrecht zu einer vierten Ebene verlaufen, wobei die vierte Ebene zumindest im Wesentlichen senkrecht zur dritten Ebene verläuft. Außerdem ist besonders gut aus Fig. 2 erkennbar, dass das jeweilige Leitelement 18a-d eine Längserstreckungsrichtung, einen ersten Längenbereich 20, einen zweiten

Längenbereich 22 und einen dritten Längenbereich 24 aufweist. Bezogen auf die Längserstreckungsrichtung sind die Längenbereiche 20 und 22 aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet, wobei der Längenbereich 24 in

Längserstreckungsrichtung zwischen den Längenbereichen 20 und 22 angeordnet ist. Dabei weist das jeweilige Leitelement 18a-d in dem jeweiligen Längenbereich 20 beziehungsweise 22 außenumfangsseitig die Form eines zumindest im Wesentlichen geraden Kreiszylinders auf, wobei das jeweilige Leitelement 18a-d in dem Längenbereich 24 eine Ausnehmung 26 zum Leiten beziehungsweise Ablenken der Luft und somit zum Variieren der Einströmrichtung aufweist. Eine die Ausnehmung 26 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzende Wandung 28 des jeweiligen Leitelements 18a-d verläuft beispielsweise zumindest im Wesentlichen bogenförmig, wodurch eine besonders günstige Ablenkung der Luft realisierbar ist.

Aus Fig. 3 und 4 ist die Verschwenkbarkeit der Leitelemente 18a-d und die daraus resultierende Strömungsbeeinflussung beziehungsweise Einströmrichtungsvariation erkennbar. Insbesondere aus Fig. 4 wird deutlich, wie durch Verschwenken

beziehungsweise Verdrehen des jeweiligen, als Stellwelle ausgebildeten Leitelements 18a-d relativ zu dem Gehäuseelement 12 die Einströmrichtung, das heißt eine Richtung, entlang welcher die Luft aus dem jeweiligen Einlasskanal 14 aus- und in den Zylinder einströmt, variiert werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Zylinderkopf (10) für eine wenigstens einen Brennraum aufweisende Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem

Gehäuseelement (12), durch welches zumindest ein Einlasskanal (14) gebildet ist, mittels welchem zumindest Luft in den Brennraum einleitbar ist, und mit einer relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbaren Leiteinrichtung (16) zum Leiten der den Einlasskanal (14) durchströmenden Luft, deren Strömung mittels der Leiteinrichtung (16) beeinflussbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leiteinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal (14) aus- und in den Brennraum einströmt, zweidimensional zu variieren.

Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leiteinrichtung (16) zumindest zwei bewegbare Leitelemente (18a, 18b) umfasst.

Zylinderkopf (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leiteinrichtung (16) umfasst:

- ein relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbares erstes Leitelement (18a) zum Variieren der Einströmrichtung in einer ersten Ebene;

- ein relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbares zweites Leitelement (18b) zum Variieren der Einströmrichtung in einer schräg oder senkrecht zur ersten Ebene verlaufenden zweiten Ebene; und ein relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbares drittes Leitelement (18c) zum Variieren der Einströmrichtung in einer schräg oder senkrecht zur ersten Ebene und zur zweiten Ebene verlaufenden dritten Ebene.

4. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leitelemente (18a-c) unabhängig voneinander und/oder relativ zueinander bewegbar sind.

5. Zylinderkopf (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Leitelement (18a) und/oder das zweite Leitelement (18b) und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement (18c) um eine Schwenkachse relativ zu dem Gehäuseelement (12) verschwenkbar ist.

6. Zylinderkopf (10) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Schwenkachsen in jeweiligen, schräg oder senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen verlaufen.

7. Zylinderkopf (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Leitelement (18a) und/oder das zweite Leitelement (18b) und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement (18c) aufweist:

- eine Längserstreckungsrichtung;

- einen ersten Längenbereich (20) mit einer außenumfangsseitigen Form eines geraden Kreiszylinders;

- einen in Längserstreckungsrichtung auf den ersten Längenbereich (20) folgenden, zweiten Längenbereich (22) mit einer außenumfangsseitigen Form eines geraden Kreiszylinders; und

- einen in Längserstreckungsrichtung zwischen dem ersten Längenbereich (20) und dem zweiten Längenbereich (22) angeordneten dritten Längenbereich (24) mit wenigstens einer Ausnehmung (26), mittels welcher die Einströmrichtung variierbar ist.

8. Zylinderkopf (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Leitelement (18a) und/oder das zweite Leitelement (18b) und/oder gegebenenfalls das dritte Leitelement (18c) elastisch verformbar und dadurch relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbar ist.

9. Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Brennraum, und mit wenigstens einem Zylinderkopf ( 0), welcher aufweist:

- wenigstens ein Gehäuseelement (12), durch welches zumindest ein Einlasskanal (14) gebildet ist, mittels welchem zumindest Luft in den Brennraum einleitbar ist, und

- eine relativ zu dem Gehäuseelement (12) bewegbare Leiteinrichtung (16) zum Leiten der den Einlasskanal (14) durchströmenden Luft, deren Strömung mittels der Leiteinrichtung (16) beeinflussbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Leiteinrichtung (16) dazu ausgebildet ist, eine Einströmrichtung, entlang welcher die Luft aus dem Einlasskanal (14) aus- und in den Brennraum einströmt, zweidimensional zu variieren.