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Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinder, in dem durch einen Kolbenboden eines Kolbens und einen Zylinderkopf ein Brennraum mit ausgebildet ist, wobei jeder Zylinder nur eine Einlaßöffnung zum Zuführen von Frischluft aufweist, und
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens angeordneten Einspritzdüse, bei der am freien in den Brennraum hineinragenden Ende mindestens zwei Düsenlöcher zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes vorgesehen sind, wobei die Einspritzdüse außermittig, beabstandet zur Längsachse des Zylinders und in einem Winkel α geneigt zur Längsachse des Zylinders angeordnet ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Begriff Brennkraftmaschine insbesondere Dieselmotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Ottomotoren.
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Bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ist man ständig bemüht, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, die Schadstoffemissionen zu reduzieren und die Kosten zu senken.
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Letzteres kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Anzahl der Bauteile reduziert wird. Eine Verringerung der Anzahl an Bauteilen senkt die Herstellungskosten für Bauteile insgesamt, die Bereitstellungskosten, die unter anderem im Rahmen der Verwaltung und der Lagerung der Bauteile entstehen, sowie die Montagekosten beim Zusammenbau der Brennkraftmaschine.
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Ein Lösungsansatz, die Anzahl der Bauteile zu reduzieren, besteht in der Entwicklung multifunktioneller Bauteile. Ein Beispiel hierfür ist die Integration des Abgaskrümmers in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Dadurch, dass der Abgaskrümmer in den Zylinderkopf integriert wird, entfällt der Krümmer als separates, d. h. vereinzeltes Bauteil.
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Eine Lagerung bzw. eine Montage des Krümmers beim Zusammenbau der Brennkraftmaschine entfällt prinzipbedingt infolge der Integration.
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Ein anderer Lösungsansatz, die Anzahl der Bauteil zu reduzieren, besteht darin, auf einzelne Bauteile ganz zu verzichten, vorzugsweise auf Bauteile, von denen zwei oder mehrere vorhanden sind.
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In diesem Zusammenhang kann es zielführend sein, die Anzahl der Komponenten des Ventiltriebs zu reduzieren.
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Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerorgane. Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslaßöffnungen und das Füllen des Brennraums, d. h. das Ansaugen der Frischluft über die Einlaßöffnungen. Zur Steuerung des Ladungswechsels werden bei Viertaktmotoren nahezu ausschließlich Hubventile als Steuerorgane verwendet, die während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine oszillierende Hubbewegung ausführen und auf diese Weise die Ein- und Auslaßöffnungen freigeben und verschließen. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet.
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Eine Ventilbetätigungseinrichtung umfaßt eine Nockenwelle, auf der eine Vielzahl von Nocken angeordnet ist. Grundsätzlich wird zwischen einer untenliegenden Nockenwelle und einer obenliegenden Nockenwelle unterschieden, wobei Bezug genommen wird auf die Trennebene zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock. Liegt die Nockenwelle oberhalb dieser Trennebene handelt es sich um eine obenliegende Nockenwelle, andernfalls um eine untenliegende Nockenwelle.
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Obenliegende Nockenwellen werden – wie die Ventile selbst – üblicherweise im Zylinderkopf gelagert, wobei ein Ventiltrieb mit obenliegender Nockenwelle als weiteres Ventiltriebsbauteil einen Schwinghebel, einen Kipphebel oder einen Stößel aufweist. Untenliegende Nockenwellen erfordern zusätzlich eine Stoßstange, weshalb obenliegende Nockenwellen auch grundsätzlich präferiert werden, da bei diesen die bewegten Massen kleiner sind.
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Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammer rechtzeitig freizugeben bzw. zu schließen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischluft bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik werden Brennkammern daher auch häufig und zunehmend mit zwei oder mehr Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen ausgestattet.
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Zur Reduzierung der Anzahl an Ventiltriebskomponenten können die Brennkammern alternativ mit nur einer Einlaßöffnung ausgestattet werden. Eine Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder nur eine Einlaßöffnung zum Zuführen von Frischluft aufweist, ist daher auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Mit den weiteren Einlaßöffnungen entfallen die dazugehörigen Ventile sowie die Komponenten ihrer Betätigungseinrichtung, nämlich Nocken, Schwinghebel, Kipphebel und/oder Stößel.
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Da es aber, wie oben ausgeführt, im Rahmen des Ladungswechsels ein grundsätzliches Ziel ist, möglichst schnell einen möglichst großen Einlaßöffnungsquerschnitt freizugeben, um eine möglichst gute Füllung des Brennraumes mit Frischluft zu gewährleisten, muß bei Verwendung nur einer Einlaßöffnung je Zylinder diese Öffnung im Vergleich zu Ausführungsformen mit zwei oder mehr Einlaßöffnungen entsprechend groß dimensioniert sein. Eine derartige Auslegung der Einlaßöffnung führt zu einer modifizierten Bauraumsituation im Zylinder, d. h. im Zylinderkopf, welcher neben den Einlaß- und Auslaßöffnungen und den dazugehörigen Ventilen bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine auch die Einspritzdüse aufnehmen muß.
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Eine einzige große Einlaßöffnung je Zylinder bedingt eine außermittige Anordnung der Einspritzdüse beabstandet zur Längsachse des Zylinders. Um ausreichend Bauraum für das Einlaßventil und die einlaßseitige Betätigungseinrichtung, insbesondere die Einlaßnockenwelle, zu schaffen, wird die Einspritzdüse zusätzlich um einen Winkel α gegenüber der Längsachse des Zylinders geneigt angeordnet.
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Eine derartige Anordnung der Einspritzdüse wirkt sich auf die Gemischbildung im Zylinder, d. h. im Brennraum, aus. Die geneigte Einbauposition der Düse führt dazu, dass die aus den Düsenlöchern austretenden Kraftstoffstrahlen keinen einheitlichen Impuls aufweisen. Dies resultiert aus dem Umstand, dass einige die Einspritzung beeinflussende Faktoren stromaufwärts der Düsenaustrittsöffnung – bedingt durch die Neigung der Düse – von Düsenloch zu Düsenloch variieren. In Abhängigkeit von der Lage des einzelnen Düsenlochs wird der durch dieses Düsenloch in den Zylinder eingebrachte Kraftstoffstrom mehr oder weniger stark und häufig auf seinem Weg zur Düsenaustrittsöffnung umgelenkt. Die dabei auftretenden Druckverluste im Kraftstoff haben maßgeblichen Einfluß auf den Impuls des in den Brennraum eintretenden Kraftstoffstrahls.
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Der uneinheitliche Impuls der aus den Düsenlöchern austretenden Kraftstoffstrahlen führt in lokal begrenzten Bereichen, insbesondere einer gegebenenfalls vorgesehenen Kolbenmulde, zu einem sehr mageren bzw. sehr fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch. Dies beeinflußt die Verbrennung und die Bildung der Schadstoffe nachteilig, insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen.
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Bei hohen Lasten bzw. Vollast können die lokal sehr fetten Gemischteile zu einer Erhöhung der Rußemission infolge schlechter Luftausnutzung führen, wodurch auch ein Leistungsabfall verursacht werden kann. Im Teillastbereich können sich Nachteile hinsichtlich der Geräuschemission ergeben, weil beispielsweise mittels Voreinspritzung eingebrachter Kraftstoff nicht bzw. unvollständig verbrennt, wodurch der Druckgradient bei einsetzender Verbrennung zunimmt. Auch die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen steigen dabei an. Wird dem letztgenannten Effekt durch eine Erhöhung der voreingespritzten Kraftstoffmenge entgegen getreten, kann dies zu einer erhöhten Bildung von Ruß in den lokal sehr fetten Gemischteilen führen.
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Vor dem Hintergrund des oben Gesagten ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung verbessert ist und bei der insbesondere die aus der geneigten Einbauposition der Düse resultierenden und aus dem Stand der Technik bekannten Effekte vermieden bzw. gemindert werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit
- – mindestens einem Zylinder, in dem durch einen Kolbenboden eines Kolbens und einen Zylinderkopf ein Brennraum mit ausgebildet ist, wobei jeder Zylinder eine Einlaßöffnung zum Zuführen von Frischluft aufweist, und
- – einer im Zylinderkopf auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens angeordneten Einspritzdüse, bei der am freien in den Brennraum hineinragenden Ende mindestens zwei Düsenlöcher zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes vorgesehen sind, wobei die Einspritzdüse außermittig, beabstandet zur Längsachse des Zylinders und in einem Winkel α geneigt zur Längsachse des Zylinders angeordnet ist,
und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – mindestens zwei Düsenlöcher unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aufweisen.
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Mindestens zwei Düsenlöcher einer Einspritzdüse der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verfügen über keine einheitliche Geometrie, sondern vielmehr über eine unterschiedliche Geometrie. Erfindungsgemäß zeichnen sich diese Düsenlöcher durch unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aus, wohingegen die Düsenlöcher einer herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Einspritzdüse einheitlich ausgebildet sind. Eine hinsichtlich der Düsenlöcher einheitliche Einspritzdüse wird nach dem Stand der Technik bevorzugt, weil dadurch eine mögliche Quelle für einen fehlerhaften Einbau im Rahmen der Montage eliminiert wird.
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Der Öffnungsquerschnitt des Düsenlochs hat maßgeblich Einfluß auf den Impuls des aus diesem Düsenloch austretenden Kraftstoffstrahls, wobei der Impuls durch eine Vergrößerung des Querschnitts erhöht und durch eine Verkleinerung des Querschnitts vermindert werden kann. Die durch die geneigte Einbauposition der Düse hervorgerufene Variation des Impulses von Düsenloch zu Düsenloch kann auf diese Weise kompensiert, d. h. ausgeglichen werden.
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Dabei erhalten die Düsenlöcher, deren Impuls aufgrund der Düsenneigung und verglichen mit den anderen Düsenlöchern klein wäre, einen größeren Öffnungsquerschnitt, wohingegen Düsenlöcher mit einem – auch bei Düsenneigung – vergleichsweise großen Impuls mit einem kleineren Öffnungsquerschnitt versehen werden.
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Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmaschine bzw. Einspritzdüse läßt sich eine – hinsichtlich des Impulses – einheitliche Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum eines Zylinders realisieren, weshalb die aus dem Stand der Technik bekannten nachteiligen Effekte nicht zu beobachten sind.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Düsenlöcher einer im Zylinderkopf angeordneten Einspritzdüse unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte aufweisen, löst somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine bereitzustellen, die hinsichtlich der Kraftstoffeinspritzung verbessert ist und bei der die aus der geneigten Einbauposition der Düse resultierenden Effekte vermieden bzw. gemindert werden.
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Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse des mindestens einen Zylinders mit drei oder mehr Düsenlöchern ausgestattet ist, von denen nicht alle einen anderen, d. h. unterschiedlich großen Öffnungsquerschnitt aufweisen, sind ebenfalls erfindungsgemäße Brennkraftmaschinen, solange mindestens zwei Düsenlöcher einen unterschiedlich großen Öffnungsquerschnitt aufweisen, d. h. solange bei Berücksichtigung sämtlicher Düsenlöcher zwei unterschiedlich große Öffnungsquerschnitte anzutreffen sind.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine werden in Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Öffnungsquerschnitt der mindestens zwei Düsenlöcher ausgehend von der der Zylinderlängsachse zugewandten Seite hin zu der der Zylinderlängsachse abgewandten Seite zunimmt.
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Diese Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass bei Verwendung einer Einspritzdüse mit einheitlichem Düsenöffnungsquerschnitt die auf der der Zylinderlängsachse abgewandten Seite befindlichen Düsenlöcher den vergleichsweise kleineren Impuls aufweisen würden und erfindungsgemäß somit gegenüber und im Vergleich zu den anderen Löchern einen größeren Öffnungsquerschnitt erfordern, d. h. aufweisen müssen.
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Bei drei und mehr Düsenlöchern je Einspritzdüse ist es vorteilhaft, wenn die Öffnungsquerschnitte der Löcher mit zunehmendem Abstand zur Zylinderlängsachse, d. h. hin zu der der Zylinderlängsachse abgewandten Seite, zunehmend größer werden.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die mindestens zwei Düsenlöcher einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ein symmetrisch ausgebildetes Düsenloch mit einem symmetrischen, nämlich kreisförmigen Querschnitt, bietet fertigungstechnisch Vorteile und damit auch Kostenvorteile.
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Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Düsenlöcher einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die mindestens zwei Düsenlöcher zur Ausbildung unterschiedlich großer Öffnungsquerschnitte mit unterschiedlich großen Durchmessern ausgestattet sind.
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Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Durchmesser der Düsenlöcher ausgehend von der der Zylinderlängsachse zugewandten Seite hin zu der der Zylinderlängsachse abgewandten Seite zunimmt.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Durchmesser der mindestens zwei Düsenlöcher bis zu 25% variieren.
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Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Durchmesser der mindestens zwei Düsenlöcher bis zu 18% variieren.
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Vorteilhaft sind des weiteren Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Durchmesser der mindestens zwei Düsenlöcher mindestens 5%, vorzugsweise mindestens 10%, variieren.
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Die Variation der Düsenlöcher im Durchmesser sollte bevorzugt auf den Neigungswinkel der Einspritzdüse abgestimmt werden, d. h. je stärker geneigt die Einbauposition der Einspritzdüse ist desto deutlicher sollten die Durchmesser variieren. Dies korrespondiert damit, dass der Impuls der Einspritzstrahlen mit zunehmendem Neigungswinkel größere Unterschiede aufweist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse in einem Winkel α ≤ 30°, vorzugsweise in einem Winkel α ≤ 20° geneigt zur Längsachse des Zylinders angeordnet ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse in einem Winkel α ≥ 5°, vorzugsweise in einem Winkel α ≥ 10°, geneigt zur Längsachse des Zylinders angeordnet ist.
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Wie bereits ausgeführt wurde, erfordert eine große Einlaßöffnung eine geneigte Einbauposition der Einspritzdüse, um ausreichend Bauraum für das Einlaßventil und die Einlaßnockenwelle zu schaffen. Es ist aber zu berücksichtigen, dass eine schräg angestellte Einspritzdüse zwar das Platzangebot auf der Einlaßseite vergrößert, gleichzeitig aber auch den Bauraum auf der Auslaßseite, auf der die Auslaßventile und insbesondere die Auslaßnockenwelle anzuordnen sind, verkleinert. Insofern sollte die Einspritzdüse um einen Winkel α gegenüber der Längsachse des Zylinders geneigt angeordnet werden, der den Einsatz einer einzigen Einlaßöffnung je Zylinder ermöglicht und dabei die konstruktive Gestaltung auf der Auslaßseite nicht unvorteilhaft einschränkt.
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Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse in einem Winkel 7° ≤ α ≤ 15° geneigt zur Längsachse des Zylinders angeordnet ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf Düsenlöcher, insbesondere sieben oder acht Düsenlöcher aufweist.
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Eine gewisse Anzahl an Düsenlöchern gewährleistet zum einen eine möglichst weiträumige Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum, bei der weite Bereiche des Brennraums von den Einspritzstrahlen erfaßt werden, was insbesondere hinsichtlich der Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorteilhaft ist.
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Zum anderen muß berücksichtigt werden, dass die Einspritzdüse fähig sein muß, nicht nur kleinere Mengen an Kraftstoff im unteren und mittleren Teillastbereich, sondern auch größere Mengen an Kraftstoff bei höheren Lasten einzuspritzen und zwar in einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine wenige Millisekunden betragen kann. Da der Durchmesser der Düsenlöcher im Hinblick auf die Ausbildung des Einspritzstrahls nicht beliebig vergrößert werden kann, muß zur Vergrößerung des Gesamtquerschnitts aller Düsenlöcher die Anzahl der Löcher vergrößert werden.
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Die Düsenlöcher der Einspritzdüse sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ringförmig, d. h. auf einem gedachten Ring und zueinander beabstandet angeordnet, wobei ringförmig dabei nicht zwangsläufig kreisförmig bedeutet. Die Düsenlöcher liegen dabei auf einer gedachten Linie, deren Ende wieder an den Anfang der Linie anschließt, d. h. die Linie bildet eine in sich geschlossene Bahnkurve.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Düsenlöcher der Einspritzdüse regelmäßig zueinander beabstandet angeordnet sind.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse eine Mehrlocheinspritzdüse, insbesondere eine nach innen öffnende Mehrlocheinspritzdüse ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Einspritzdüse mit einer in Richtung ihrer Längsachse zwischen einer Ruheposition und einer Arbeitsposition in einer Düsennadelführung verschiebbaren Düsennadel ausgestattet ist, wobei die Düsennadel die mindestens zwei Düsenlöcher in der Ruheposition verschließt und in der Arbeitsposition zur Einspritzung des Kraftstoffes freigibt. Eine Düsennadel ermöglicht die mechanische Betätigung der Einspritzdüse bzw. Steuerung des Einspritzvorganges.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches mittels Selbstzündung eingeleitet wird, d. h. bei denen die Brennkraftmaschine ein Dieselmotor ist.
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Bei direkteinspritzenden Dieselmotoren sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine vorteilhaft, bei denen die Einspritzdüse eine piezoelektrisch bzw. magnetisch gesteuerte Einspritzdüse ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Kolbenboden des Kolbens mit einer Kolbenmulde ausgestattet ist.
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Für die Einspritzung des Kraftstoffes, die Gemischaufbereitung im Brennraum, nämlich die Durchmischung von Luft und Kraftstoff und die Aufbereitung des Kraftstoffes im Rahmen von Vorreaktionen einschließlich der Verdampfung, sowie der Zündung des aufbereiteten Gemisches steht nur wenig Zeit zur Verfügung.
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Eine im Kolbenboden angeordnete – vorzugsweise Omegaförmige – Kolbenmulde ist vorteilhaft, um den Kraftstoff im gesamten Brennraum zu verteilen und eine schnelle Durchmischung des eingespritzten Kraftstoffes mit den verdichteten Gasen sicherzustellen.
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Beim Auftreffen der Kraftstoff-Einspritzstrahlen auf die Muldenoberfläche erfolgt eine Aufteilung in mehrere divergierende Kraftstoff-Teilstrahlen, die den Kraftstoff auch aus der Kolbenmulde heraus beschleunigen, so dass eine optimale Luftausnutzung gewährleistet ist. Auf diese Weise erfolgt trotz des begrenzten Öffnungswinkels des aus den Einspritzstrahlen gebildeten Einspritzkegels eine schnelle Durchmischung.
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Die Aufsplittung der Einspritzstrahlen in mehrere Teilstrahlen und das Beschleunigen dieser Teilstrahlen aus der Kolbenmulde heraus unter Ausnutzung der kinetischen Energie des eingespritzten Kraftstoffes unterstützt grundsätzlich die Gemischaufbereitung, insbesondere die Homogenisierung des Gemisches.
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Bei Brennkraftmaschinen, deren Kolben mit einer Kolbenmulde ausgestattet sind, können Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen die Kolbenmulde nicht korrespondierend zur Einspritzdüse, d. h. außermittig, sondern vielmehr mittig im Kolbenboden ausgebildet ist, so dass die Längsachse der Mulde mit der Längsachse des Kolbens zusammen fällt.
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Diese Ausführungsform trägt dem Umstand Rechnung, dass die Kolbenmulde während der Kompression maßgeblichen Einfluß auf die Bewegung der Zylinderfrischladung im Brennraum hat.
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Bei Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelwelle, welche um eine Drehachse drehbar gelagert ist, sind Ausführungsformen vorteilhaft, bei denen die Einspritzdüse beabstandet zu einer Ebene, in der sowohl die Drehachse der Kurbelwelle als auch die Längsachse des mindestens einen Zylinders liegen, angeordnet ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den 1a und 1b näher beschrieben. Hierbei zeigt:
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1a schematisch im Querschnitt einen Zylinder einer ersten Ausführungsform der Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht, und
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1b schematisch den in 1a dargestellten Zylinder in einer Draufsicht.
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1a zeigt schematisch im Querschnitt einen Zylinder 1 einer ersten Ausführungsform der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine in einer Seitenansicht. 1b zeigt schematisch den in 1a dargestellten Zylinder 1 in einer Draufsicht.
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Der Zylinder 1 umfaßt einen Brennraum 4, welcher durch den Kolbenboden 2b eines Kolbens 2, einen Zylinderkopf 3 sowie ein Zylinderrohr 7 mit ausgebildet wird. Der Kolben 2 ist entlang seiner Längsachse 2a, die mit der Längsachse 1a des Zylinders 1 zusammen fällt, translatorisch verschiebbar. Der Kolben 2 dient der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf eine Kurbelwelle. Hierzu ist der Kolben 2 mittels eines Kolbenbolzens 2d mit einer Pleuelstange gelenkig verbunden, die wiederum an der Kurbelwelle beweglich gelagert ist (nicht dargestellt).
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbenbodens 2b ist eine Einspritzdüse 5 im Zylinderkopf 3 angeordnet, die an ihrem freien in den Brennraum 4 hineinragenden Ende 5b acht Düsenlöcher zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum 4 aufweist.
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Die Einspritzdüse 5 ist beabstandet, d. h. mit einem Abstand Δ, zur Längsachse 1a des Zylinders 1 und damit außermittig angeordnet. Zudem ist die Einspritzdüse 5 in einem Winkel α zur Längsachse 1a des Zylinders 1 geneigt, wobei α den Winkel zwischen der Längsachse 5a der Einspritzdüse 5 und der Längsachse 1a des Zylinders 1 bezeichnet bzw. angibt.
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Um die durch eine geneigte Einbauposition der Düse 5 üblicherweise hervorgerufenen Effekte zu kompensieren bzw. zu vermeiden, weisen die acht Düsenlöcher unterschiedlich große Durchmesser auf. Die beiden in 1b eingezeichneten bogenförmigen Pfeile geben an, in welche Richtung der Durchmesser der Löcher abnimmt, nämlich ausgehend von der der Zylinderlängsachse 1a abgewandten Seite hin zu der der Zylinderlängsachse 1a zugewandten Seite.
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Der Kolbenboden 2b des Kolbens 2 ist mit einer Kolbenmulde 2c ausgestattet, die passend zur Einspritzdüse 5 außermittig, beabstandet zur Längsachse 1a des Zylinders 1 im Kolbenboden 2b angeordnet ist.
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Die Kolbenmulde 2c dient im Zusammenwirken mit der Einspritzdüse 5 der Durchmischung und damit der Homogenisierung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum 4.
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Die aus den acht Düsenlöchern austretenden Einspritzstrahlen 6 treffen die Oberfläche der Mulde 2c, wodurch der eingespritzte Kraftstoff im Brennraum 4 weiter verteilt wird. Trotz des begrenzten Öffnungswinkels des aus den Einspritzstrahlen 6 gebildeten Einspritzkegels erfolgt eine schnelle Durchmischung mit der außerhalb der Kolbenmulde 2c befindlichen Luft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 1a
- Längsachse des Zylinders
- 2
- Kolben
- 2a
- Längsachse des Kolbens
- 2b
- Kolbenboden
- 2c
- Kolbenmulde
- 2d
- Kolbenbolzen
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Brennraum
- 5
- Einspritzdüse
- 5a
- Längsachse der Einspritzdüse
- 5b
- Düsenspitze, freies Ende der Einspritzdüse
- 6
- Einspritzstrahl, Kraftstoffstrahl
- 7
- Zylinderrohr
- α
- Neigungswinkel der Einspritzdüse
- Δ
- Abstand der Einspritzdüse von der Zylinderlängsachse
