AT1295U1 - Brennkraftmaschine mit einer im deckenbereich des einlassströmungsweges angeordneten einspritzdüse - Google Patents

Brennkraftmaschine mit einer im deckenbereich des einlassströmungsweges angeordneten einspritzdüse Download PDF

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AT1295U1 AT0023694U AT23694U AT1295U1 AT 1295 U1 AT1295 U1 AT 1295U1 AT 0023694 U AT0023694 U AT 0023694U AT 23694 U AT23694 U AT 23694U AT 1295 U1 AT1295 U1 AT 1295U1
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Avl Verbrennungskraft Messtech
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Abstract

Bei einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal (8) und ein Ansaugrohr (2) gebildeten Einlaßströmungsweg (9) pro Zylinder (22), wobei eine in einer Nische (7) im Deckenbereich (4) des Strömungsweges (9) angeordnete Einspritzdüse (5) Kraftstoff in den Einlaßkanal (8) im Zylinderkopf (1) einspritzt, und wobei die Achse (23) zumindest eines Einspritzstrahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges (9) zur Mündungsöffnung (21) des Einlaßkanals (8) in den Zylinder (22) gerichtet ist, kommt es häufig zu unerwünschter Tröpfchen- und Filmbildung an den Einlaßkanalwänden. Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Nische (7) stromaufwärts des Mündungsbereiches der Einspritzdüse (5) beidseits eines in die Nische (7) hineinragenden, strömungsgünstig geformten Einspritzdüsenbutzens (13) Ausläufer (10) aufweist, welche stromaufwärts des Einspritzdüsenbutzens (13) stetig an der Deckenfläche (11) des Strömungsweges (9) auslaufen, wobei die Wand (12) des Strömungsweges (9), im Querschnitt betrachtet, im Bereich des Einspritzdüsenbutzens (13) konvex ausgebildet ist.

Description

AT 001 295 Ul
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal und ein Ansaugrohr gebildeten Einlaßströmungsweg pro Zylinder, wobei eine in einer Nische im Deckenbereich des Strömungsweges angeordnete Einspritzdüse Kraftstoff in den Einlaßkanal im Zylinderkopf einspritzt, und wobei die Achse zumindest eines Einspritzstrahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges ζμκί Mündungsöffnung des Einlaßkanals in den Zylinder gerichtet ist. ^
Aus der DE 36 24 899yist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher die Einspritzdüse am Ansaug^rohr angeordnet ist und in den an das Ansaugrohr anschließenden Einlaßkanal Kraftstoff einspritzt.
Eine weitere Brennkraftmaschine der genannten Art ist aus der USHPSi 4 957 08iybekannt, wobei die Einspritzdüse am Zylinderkopf befestigt ist und ebenfalls Kraftstoff in den Einlaßkanal einspritzt.
Der Nachteil dieser bekannten Brennkraftmaschinen ist, daß die im Mündungsbereich der Einspritzdüse im Ansaugrohr bzw. im Einlaßkanal ausgebildete Nische stromaufwärts durch eine Kante begrenzt wird, welche einen Strömungsabriß der einströmenden Ansaugluft verursacht. An der Kante entstehen Verwirbelungen, welche eine Ablenkung des Kraftstoffstrah-les verursachen und eine Anlagerung des Kraftstoffes an den Einlaßkanalwänden bewirken.
Die Anlagerung des Kraftstoffes an den Kanalwänden wird auch dadurch verursacht, daß am Beginn der Einspritzung der Kraftstoffstrahl nicht - gemäß dem theoretischen Idealfall - scharf gebündelt, sondern mehr oder weniger stark gestreut ist. Während der Ventilüberschneidungsphase zwischen Auslaß- und Einlaßventilen kommt es zu einer einlaßseitigen Rückströmung, welche den flüssigen Kraftstoffilm Richtung Einspritzdüse zurückdrängt, wodurch sich schließlich an der Einspritzdüsenspitze Tropfen bilden. Dieser Effekt tritt bei Luftdurchsätzen von 67 kg pro Stunde auf und nimmt mit höheren Durchsätzen zu. Schließlich formen sich große Tropfen an der Einspritzdüsenspitze, welche sich loslösen. Die Kraft-stofftröpfchen sammeln sich schließlich in bestimmten Bereichen des Einlaßkanales und sorgen für eine unkontrollierte 2 AT 001 295 Ul Überfettung des Gemisches und ein Abweichen von der gewünschten Luftzahl.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Anlagern des eingespritzten Kraftstoffes an den Einlaßkanalwänden zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Nische stromaufwärts des Mündungsbereiches der Einspritzdüse in den Strömungsweg beidseits eines in die Nische hineinragenden Einspritzdüsenbutzens Ausläufer aufweist, welche stromauf- ten wärts des Einspritzdüsenbutzens stetig an der DecJqEläche des Deckenbereiches des Strömungsweges auslaufen, wobei die Wand des Strömungsweges, im Querschnitt betrachtet, im Bereich des Einspritzdüsenbutzens konvex ausgebildet ist. Die stromaufwärtigen Ausläufer der Nische sind aerodynamisch günstig mit stetig verlaufenden Strömungsoberflächen ausgebildet. Ein Teil der Luft des Strömungsweges strömt entlang der Deckenfläche des Strömungsweges, wodurch im Bereich der Einspritzdüsenspitze ein Strömungsabriß verhindert wird. Gleichzeitig wird der eingespritzte Kraftstoffstrahl beidseitig durch die Teil Strömungen eingeschlossen und bündelt den zu Einspritzbeginn buschig aufgefächerten Einspritzstrahl.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Querschnitt des Strömungsweges samt Nische im Mündungsbereich der Einspritzdüse stromabwärts des Einspritzdüsenbutzens etwa die Form eines gleichschenkeligen, in Richtung der Decl^-fläche zusammenlaufenden,, Dreieckes mit , abgerundeten Ecken aufweist. Durch diese zum Bereich der Deckjpläche zusammenlaufende Formgebung des Strömungsquerschnittes wird einerseits der Totraum der Einspritzdüsennische reduziert und andererseits die Durchströmung der Nische gefördert. Beides bewirkt, daß auch bei großen zurückströmenden Luftdurchsätzen Tropfenbildung an der Einspritzdüsenspitze verhindert wird.
In einer anderen, äußerst vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Einspritzdüsenspitze in den vorzugsweise nischenlos ausgeführten Strömungsweg hineinragend angeordnet und von der Strömung umspült ist. Die Düsenspitze liegt damit nicht mehr in einem durch eine Nische gebildeten strömungsarmen Totraum, sondern in einem Bereich mit hohen Einströmungsgeschwindigkeiten.
Unerwünschte Turbulenzen und Strömungsabrisse im Bereich der Düsenspitze können vermieden werden, indem der Ein- 3 AT 001 295 Ul spritzdüsenbutzen bis in den Strömungsweg hineinragend ausgebildet ist* und* zumindest stromaufwärts der Düsenspitze eine stetig verlaufende, strömungsgünstige Form aufweist.
Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei benachbarten, durch eine Wand getrennten Einlaßkanälen pro Zylinder ist es vorteilhaft, wenn die Einspritzdüse im Bereich der die beiden Strömungswege trennenden Wand angeordnet ist, wobei die Düsenspitze im Bereich eines Wanddurchbruches liegt. Durch die strömungsgünstige Form des Einspritzdüsenbutzens stromaufwärts der Düsenspitze werden Wandablösungen und Strömungsabrisse vermrfieden, wodurch auch im Bereich der Düsenspitze hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen.
In einer besonders bevorzugten Ausbildungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt im gesamten Bereich des Einspritzdüsenbutzens und des Mündungsbereiches der Einspritzdüse annähernd konstant ausgeführt ist. Dadurch wird eine bessere Durchspülung ohne Strömungsablösun-gen erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den Zylinderkopf und ein erfindungsgemäß gestaltetes Ansaugrohr, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht auf die Flanschfläche des Ansaugrohres aus Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Einlaßströmungsweges im Längsschnitt, Fig. 5 bis 10 jeweils Querschnitte des Strömungsweges nach den Linien V-V, VI-VI, VII-VII, VIII-VIII, IX-IX und X-X in Fig. 4, Fig. 11 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Strö- _ , , .Vr> LJineiicb.rtiib ... mungsweges für zwei Emlaßkanale γ nach der Linie XI-XI m Fig. 18, Fig. 12 bis 17 Strömungsquerschnitte nach den Linien XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV, XV-XV, XVI-XVI und XVII-XVII in Fig. 11.
Fig. 1 zeigt ein an einen Zylinderkopf 1 angeflanschtes Ansaugrohr 2, wobei im Bereich der Flanschfläche 3 des Ansaugrohres 2 im Deckenbereich 4 eine Einspritzdüse 5 angebracht ist, deren Düsenspitze 6 in eine Nische 7 des durch das Ansaugrohr 2 und den Einlaßkanal 8 gebildeten Strömungsweges 9 einmündet.
Mit 10 sind in Fig. 1 strichliert Ausläufer der Nische 7 angedeutet, welche stromaufwärts der Nische 7 in der 4 AT 001 295 Ul
Deckenfläche 11 der Wand 12 des Strömungsweges 9 stetig aus-laufen.
Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Strömungsquer-schnitt ersichtlich ist, sind die Ausläufer 10 beidseits eines konkav in den Strömungsweg 9 hineinragenden Einspritzdüsenbutzens 13 im Deckenbereich 4 des Strömungsweges 9 vorgesehen. Die entlang der Ausläufer 10 in die Nische 7 einströmende Luft umströmt beidseits die Einspritzdüsenspitze 6, wobei im Bereich der Nische 7 relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorherrschen.
Wie der in Fig. 3 ersichtlichen Draufsicht auf die Flanschfläche 3 zu entnehmen ist, weist der Strömungsweg 9 stromabwärts des Einspritzdüsenbutzens 13 im Bereich der Nische 7 einen Querschnitt in der Form eines etwa gleichschenke-ligen, in Richtung des Deckenbereiches 4 zusammenlaufenden Dreiecks mit abgerundeten Ecken auf.
In Fig. 4 ist eine nischenlose Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, wobei der Zylinderkopf 1 lediglich durch die Zylinderkopf ebene 14, die Zylinderachse 15 und die Ventilachse 16 angedeutet ist. In dieser Ausführungsform ragt die Einspritzdüsenspitze 6 in den Strömungsweg 9 hinein und wird dadurch direkt von der hohe Strömungsgeschwindigkeiten aufweisenden Ansaugluft umströmt. Auch der Einspritzdüsenbutzen 13 ist in den Strömungsweg 9 hineinragend ausgebildet und stromaufwärts der Einspritzdüsenspitze 6 strömungsgünstig gestaltet, wobei der Einspritzdüsenbutzen 13 stetig in die Deckenfläche 11 der Wand 12 des Strömungsweges 9 ausläuft. Auch hier sind zwei in Längsrichtung des Strömungsweges 9 beidseits des Einspritzdüsenbutzens 13 verlaufende Ausläufer 10, in Fig. 4 durch eine strichlierte Linie dargestellt, vorgesehen, welche einen Teil der Luft beidseitig des Einspritzdüsenbutzens 13 zur Einspritzdüsenspitze 6 leiten und den dort austretenden Kraftstoff sofort mitreißen.
Aus den in den Fig. 5 bis 10 dargestellten Querschnitten des Strömungsweges 9, in welchen der teilweise sichtbare Einspritzdüsensitz mit 17 bezeichnet ist, ist deutlich die in Strömungsrichtung gesehen langsam zunehmende konvexe Einbuchtung des Einlaßströmungsweges 9 durch den Einspritzdüsenbutzen 13 zu erkennen. Ab der Einspritzdüsenspitze 6 stellt sich wieder in etwa der ursprüngliche Querschnitt des Strömungsweges 9 ein (Fig. 10). 5 AT 001 295 Ul
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Strömungsweges 9 und die Positionierung der Einspritzdüsenspitze 6 in einer Zone mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten* ist auch bei einer im Bereich einer Trennwand 18 zwischen zwei Einlaßströmungswegen 9 angeordneten Einspritzdüse 5 möglich, wie aus den Fig. 11 bis 18 hervorgeht. Auch hier ist der Einspritzdüsenbutzen 13, welcher im Bereich der Trennwand 18 liegt und in die Strömungswege 9 beidseits der Trennwand 18 hineinragt, wie beispielsweise aus Fig. 13 zu entnehmen ist, stromaufwärts der Einspritzdüsenspitze 6 strömungsgünstig gestaltet und läuft in die Deckenflächen 11 der Strömungswege 9 allmählich aus. Die
die T
Einspritzdüse 5 ist etwa symmetrisch zu einervjSrennwand 18 verlaufenden Mittelebene 19 ausgebildet. Im Bereich der Einspritzdüsenspitze 6 ist in der Trennwand 18 ein Wanddurchbruch 20 vorgesehen, wodurch die Einspritzdüse 5 in beide Strömungswege 9 Kraftstoff einspritzen kann, wie durch die auf die Mündungsöffnungen 21 in den Zylinder 22 gerichteten Strahlachsen 23 angedeutet ist. Durch den strömungsgünstig geformten, in die Strömungswege 9 hineinragenden Einspritzdüsen-butzen 13 wird die Einspritzdüsenspitze 6 entlang der Flächen 18' der Trennwand 18 mit hohen Geschwindigkeiten umströmt, wodurch die Benetzung der Trennwand 18 mit Kraftstoff verhindert und Turbulenzen im Bereich des Wanddurchbruches 20 möglichst klein gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Strömungswege ist nicht nur auf eine am Ansaugrohr befestigte Einspritzdüse beschränkt. Die Einspritzdüse kann auch direkt am Zylinderkopf montiert sein, wobei Einspritzdüsenbutzen und Ausläufer und ggf. die Nische, zur Gänze oder z. T. im Deckenbereich des Einlaßkanales angeordnet sein können. 6

Claims (5)

  1. AT 001 295 Ul ANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal und ein Ansaugrohr gebildeten Einlaßströmungsweg pro Zylinder, wobei eine in einer Nische im Deckenbereich des Strömungsweges angeordnete Einspritzdüse Kraftstoff in den Einlaßkanal im Zylinderkopf einspritzt, und wobei die Achse zumindest eines Einspritzstrahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges zur Mündungsöffnung des Einlaßkanals in den Zylinder gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet. daß die Nische (7) stromaufwärts des Mündungsbereiches der Einspritzdüse (5) in den Strömungsweg (9) beidseits eines in die Nische (7) hineinragenden, strömungsgünstig geformten Einspritzdüsenbutzens (13) Ausläufer (10) aufweist, welche stromaufwärts des Einspritzdüsenbutzens (13) stetig an der Deckenfläche (11) des Strömungsweges (9) auslau-fen, wobei die Wand des Strömungsweges (9) , im Querschnitt betrachtet, im Bereich des Einspritzdüsenbutzens (13) konvex ausgebildet ist.
  2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Strömungsweges (9) samt Nische (7) stromabwärts des Einspritzdüsenbutzens (13) etwa die Form eines gleichschenkeligen, in Richtung des Deckenbereiches (4) zusammenlaufenden Dreieckes mit abgerundeten Ecken aufweist.
  3. 3. Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal und ein Ansaugrohr gebildeten Einlaßströmungsweg pro Zylinder, wobei eine im Deckenbereich des Strömungsweges angeordnete Einspritzdüse Kraftstoff in den Einlaßkanal im Zylinderkopf einspritzt und wobei die zumindest eine Achse des Einspritz-Strahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges zur MündungsÖffnung des Einlaßkanals in den Zylinder gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüsen-spitze (6) in den vorzugsweise nischenlos ausgeführten 7 AT 001 295 Ul Strömungsweg (9) hineinragend angeordnet und von der Strömung umspült ist.
  4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzdüsenbutzen (13) bis in den Strömungsweg (9) hineinragend ausgebildet ist und zumindest stromaufwärts der Düsenspitze (6) eine stetig verlaufende strömungsgünstige Form aufweist.
  5. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, mit zwei benachbarten, durch eine Wand getrennten Einlaßkanälen pro Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (5) im Bereich der die beiden Strömungswege (9) trennenden Wand (18) angeordnet ist, wobei die Düsenspitze (6) im Bereich eines Wanddurchbruches (20) liegt. oqcN Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt im gesamten Bereich des Einspritzdüsenbutzens (13) und de£ Mündungsöffnung der Einspritzdüse (5) annähernd konstant ausgeführt ist. 8
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US4669434A (en) * 1985-07-24 1987-06-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine cylinder head variable swirl siamese type intake port structure, with auxiliary straight passage, pointing at spark plug, leading from mixture intake to downstream end of straight intake port
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