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Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Einspritzventilkühlung.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Verbrennungsmaschinen können gekühlt werden, indem man eine geeignete Kühlflüssigkeit durch verschiedene Kanäle oder Kavitäten im Motor zirkulieren lässt.
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Bei Motoren mit direkter Einspritzung sind Herangehensweisen bekannt, welche die Kühlflüssigkeit über die Einspritzventile leiten, wo sie einfach zu bündeln ist. Es sind jedoch viele Motoren mit direkter Einspritzung ohne Kühlung unter den Einspritzventilen in der Nähe der Brennräume entwickelt worden. Die Wärme vom Brennraum lässt diese Regionen heiß werden. Die Kühlflüssigkeit in der Form eines traditionellen Kühlwassermantelkerns zu bündeln, ist vielleicht nicht möglich.
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Bei einigen Herangehensweisen kann ein Sandkern unter dem Einspritzventil eingebracht werden, um Kühlflüssigkeitskavitäten zu erzeugen. Aufgrund von Wand- und Sanddicken-Anforderungen kann sich der resultierende Wasserfluss fern vom Brennraum befinden, was die Effektivität der Kühlung reduziert. Weiter können solche Sandkerne groß und schwierig herzustellen sein. Bei solchen Herangehensweisen können zusätzliche Metall- und Sandkerne, die verwendet werden, um Kühlflüssigkeit in der Nähe von heißen Regionen eines Einspritzventils (z. B. angrenzend an den Brennraum) zu leiten, in einem Anstieg der Material- und Herstellungskosten resultieren und eine Modifikation von vorhandenen Komponenten im Motorblock erfordern. Solche Herangehensweisen können beispielsweise zu höheren Kosten, weniger effektiver Kühlung und zusätzlichem Gewicht führen.
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Um diese Probleme zumindest teilweise in einer beispielhaften Herangehensweise zu adressieren, wird ein Motor mit direkter Einspritzung bereitgestellt. Der Motor mit direkter Einspritzung umfasst: einen ersten und zweiten Kühlkanal, von denen jeder von einem Zylinderblock zu einem Zylinderkopf quert; eine angeschrägte Einspritzventilbohrung im Kopf; eine Aussparung, die zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal positioniert ist, wobei die Aussparung im Kopf zur Einspritzventilbohrung hin niedergedrückt ist; und eine Kopfdichtung, die einen Schlitz aufweist, der den ersten und zweiten Kanal mit der Aussparung fluidisch koppelt.
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Auf diese Weise kann Kühlflüssigkeit unter einem direkten Einspritzventil in der Nähe von einem Brennraum geleitet werden, was in einem Anstieg der Kühlung des Einspritzventils resultiert. Weiter kann bei einer solchen Herangehensweise das Einspritzventil mit einer minimalen Menge an Zusatzeinrichtungen gekühlt werden, wie z. B. ohne zusätzliche Metallteile oder Sandkerne im Motorblock, was die Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung und Installation von neuen Komponenten daher reduziert, wenn dies gewünscht ist.
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Weiter kann durch ein derartiges Leiten der Kühlflüssigkeit unter einer Einspritzventilbohrung eine relativ kleinere Menge an Kühlflüssigkeit (z. B. im Vergleich zu einer Menge an Kühlflüssigkeit, die im ersten und zweiten Kühlkanal fließt) verwendet werden, um ein Einspritzventil zu kühlen. Eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Kühlkanal kann eine relativ kleine Menge an Kühlflüssigkeit in die Aussparung unter der Einspritzventilbohrung „durchsickern” lassen. Die relativ kleine Menge, der unter die Einspritzventilbohrung geförderten Kühlflüssigkeit kann ausreichend sein, um die Temperaturen eines darin installierten Einspritzventils zu reduzieren.
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Zusätzlich kann ein Betrag an Einspritzventilkühlung z. B. durch Anpassung einer Größe und/oder eines Formats der Schlitze in der Dichtung angepasst werden. Weiter kann das Gussgewicht beispielsweise über die im Zylinderkopf gebildeten Aussparungen reduziert werden. Des Weiteren kann das Vergrößern der Einspritzventilkühlung zu einem dauerhafteren System beitragen und die Kraftstofftemperaturen verringern, was in einem Motorleistungsgewinn resultieren kann.
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Es ist zu verstehen, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weitergehend beschrieben werden. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bestimmen, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht beschränkt auf Implementierungen, die irgendwelche Nachteile lösen, die oberhalb oder in irgendeinem Teil dieser Offenlegung erwähnt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen beispielhaften Motor mit direkter Einspritzung.
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2–6 zeigen verschiedene Ansichten eines Motors mit Einspritzventilkühlungsmerkmalen.
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Ausführliche Beschreibung
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Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Kühlung eines Einspritzventils eines Motors mit direkter Einspritzung wie beispielsweise im in 1 gezeigten beispielhaften Motor.
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Um Kühlflüssigkeit direkt unter einem Einspritzventil neben einem Brennraum in einem Motor mit direkter Einspritzung zu leiten, kann eine Aussparung unter dem Einspritzventil gegossen und eine geschlitzte Dichtung bereitgestellt werden, um Kühlflüssigkeit von Kernmarken eines vorhandenen Kühlwassermantels in die Aussparung unter dem Einspritzventil zu leiten, wie es beispielsweise in den 2-6 gezeigt wird.
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Das Leiten von Kühlflüssigkeit direkt unter einem Einspritzventil kann auf diese Weise in einem Anstieg der Kühlung des Einspritzventils resultieren. Weiter kann bei solch einer Herangehensweise das Einspritzventil mit einer minimalen Menge an Zusatzeinrichtungen gekühlt werden, wie z. B. ohne zusätzliche Metallteile oder Sandkerne im Motorblock, was die Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung und Installation von neuen Komponenten daher reduziert.
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Zusätzlich kann ein Betrag an Einspritzventilkühlung z. B. durch Anpassung einer Größe und/oder eines Formats der Schlitze in der Dichtung angepasst werden. Weiter kann das Gussgewicht beispielsweise über die im Zylinderkopf gebildeten Aussparungen reduziert werden. Zusätzlich kann das Vergrößern der Einspritzventilkühlung zu einem dauerhafteren System beitragen und die Kraftstofftemperaturen verringern, was in einem Motorleistungsgewinn resultieren kann.
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Weiterführend ist in 1 ein Prinzipschaltbild gezeigt, das einen Zylinder des Mehrzylindermotors 10 zeigt, der in einem Antriebsystem eines Personenkraftwagens enthalten sein kann. Motor 10 kann mindestens teilweise über ein Steuersystem einschließlich Controller 12 und durch die Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über ein Eingabegerät 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst Eingabegerät 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134, um ein proportionales Pedalstellungssignal PP zu generieren. Der Brennraum (d. h. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit dem darin positionierten Kolben 36 umfassen. Kolben 36 kann mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein Zwischengetriebesystem gekoppelt sein. Weiter kann ein Anlasser mit der Kurbelwelle 40 über eine Schwungscheibe gekoppelt sein, um einen Start von Motor 10 zu ermöglichen.
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Der Brennraum 30 kann Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 44 über den Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über den Auslasskanal 48 abgeben. Ansaugkrümmer 44 und Auslasskanal 48 können selektiv mit dem Brennraum 30 über das entsprechende Ansaugventil 52 und Auslassventil 54 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann Brennraum 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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Ansaugventil 52 kann vom Controller 12 über den elektrischen Ventilantrieb (EVA) 51 gesteuert werden. Ähnlich kann Auslassventil 54 vom Controller 12 über EVA 53 gesteuert werden. Während einiger Zustände kann Controller 12 die Signale variieren, die an die Stellantriebe 51 und 53 bereitgestellt werden, um das Öffnen und Schließen der entsprechenden Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Stellung von Ansaugventil 52 und Auslassventil 54 kann durch die Ventilstellungssensoren 55 und 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann eines oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch eine oder mehrere Nocken gesteuert werden und ein oder mehrere Systeme aus Nockenprofilwechsel (CPS), variabler Nockensteuerung (VCT), variabler Ventilsteuerung (VVT) und/oder variabler Ventilhub (VVL) verwenden, um die Ventilbetätigung zu variieren. Beispielsweise kann Zylinder 30 alternativ ein über die elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil und ein Auslassventil, das über die Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuert wird, umfassen.
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Bei diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und die Auslassventile 54 durch die Nockenbetätigung über die entsprechenden Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils eine oder mehrere Nocken umfassen und ein oder mehrere Systeme aus Nockenprofilwechsel (CPS), variable Nockensteuerung (VCT), variable Ventilsteuerung (VVT) und/oder variabler Ventilhub (VVL) verwenden, die vom Controller 12 angesteuert werden können, um die Ventilbetätigung zu variieren. Die Stellung von Ansaugventil 52 und Auslassventil 54 kann durch die Stellungssensoren 55 und 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann Ansaugventil 52 und/oder Auslassventil 54 über die elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann Zylinder 30 alternativ ein über die elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Ansaugventil umfassen, und ein Auslassventil, das über die Nockenbetätigung einschließlich CPS und/oder VCT gesteuert wird.
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Einspritzventil 66 ist direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff direkt darin proportional zur Impulslänge des Signals FPW einzuspritzen, das vom Controller 12 über den elektronischen Treiber 68 empfangen wird. Auf diese Weise stellt Einspritzventil 66 das bereit, was als Direkteinspritzung des Kraftstoffs in den Brennraum 30 bekannt ist. Das Einspritzventil kann beispielsweise in der Seite des Brennraums oder im Oberteil des Brennraums montiert sein. Kraftstoff kann zum Einspritzventil 66 durch ein Brennstoffsystem (nicht gezeigt) einschließlich eines Kraftstofftanks, einer Kraftstoffpumpe und eines Kraftstoffverteilers geliefert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann Brennraum 30 alternativ oder zusätzlich ein Einspritzventil umfassen, das im Ansaugkanal 44 in einer Konfiguration arrangiert ist, die bereitstellt, was als Saugkanaleinspritzung des Kraftstoffs in den Ansaugkanal vor Brennraum 30 bekannt ist.
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Ansaugkanal 42 kann eine Drosselklappe 62 umfassen, die eine Drosselklappenplatte 64 aufweist. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappenplatte 64 vom Controller 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder Stellantrieb bereitgestellt wird, der in der Drosselklappe 62 enthalten ist. Eine Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann Drosselklappe 62 angesteuert werden, um die Ansaugluft zu variieren, die Brennraum 30 neben anderen Motorzylindern bereitgestellt wird. Die Stellung der Drosselklappenplatte 64 kann dem Controller 12 über das Drosselklappenstellungssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassenmesser 120 und einen Saugrohrdrucksensor 122 umfassen, um die entsprechenden Signale MAF und MAP an Controller 12 bereitzustellen.
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Die Zündanlage 88 kann einen Zündfunken an Brennraum 30 über die Zündkerze 92 als Reaktion auf das Frühzündungssignal SA vom Controller 12 unter ausgewählten Betriebsarten bereitstellen. Obgleich Funkenzündungskomponenten bei einigen Ausführungsformen gezeigt sind, kann Brennraum 30 oder ein oder mehrere andere Brennräume des Motors 10 in einem Kompressionszündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
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Abgassensor 126 ist gekoppelt mit dem Auslasskanal 48 vorgeschaltet zu Abgasemissionssystem 70 gezeigt. Sensor 126 kann irgendein geeigneter Sensor sein, der eine Anzeige des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses anzeigt, wie beispielsweise eine lineare Lambdasonde oder UEGO (universal or wide-range exhaust gas oxygen; Universal- oder Weitbereich-Abgas-Sauerstoffgehalt), eine Lambdasonde mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (erwärmtes EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor. Das Abgasemissionssystem 70 ist nach Abgassensor 126 entlang dem Auslasskanal 48 angeordnet gezeigt. Gerät 70 kann ein 3-Wege-Katalysator (three way catalyst; TWC), ein NOx-Abscheider, verschiedene andere Abgasemissionssysteme oder Kombinationen davon sein. Bei einigen Ausführungsformen kann während des Betriebs von Motor 10, das Abgasemissionssystem 70 in regelmäßigen Abständen zurückgesetzt werden, indem mindestens ein Zylinder des Motors innerhalb eines speziellen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angesteuert wird.
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Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, einschließlich Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabe-Ports 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das als ROM-Chips 106 in diesem speziellen Beispiel gezeigt ist, RAM 108, Erhaltungsspeicher 110 und einem Datenbus. Controller 12 kann verschiedene Signale von Sensoren aufnehmen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den Signalen, die zuvor beschrieben wurden, einschließlich der Messung des eingeführten Luftmassenstroms (MAF) von Luftmassenmesser 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von Temperaturfühler 112 gekoppelt zur Kühlhülse 114; ein Profile Ignition Pickup-Signal (PIP) von Halleffekt-Sensor 118 (oder ein anderer Typ) gekoppelt mit der Kurbelwelle 40; Drosselklappenstellung (TP) von einem Drosselklappenstellungssensor; und der absolute Ansaugrohrdruck MAP von Sensor 122. Das Drehzahlsignal RPM kann vom Controller 12 anhand des Signals PIP generiert werden. Das Ansaugrohrdrucksignal MAP von einem Ansaugrohrdrucksensor kann verwendet werden, um einen Hinweis auf Vakuum oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Es ist zu beachten, dass verschiedene Kombinationen der oben genannten Sensoren, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt verwendet werden können. Während des stöchiometrischen Betriebs kann der MAP-Sensor einen Hinweis auf das Motordrehmoment geben. Des Weiteren kann dieser Sensor, zusammen mit der erkannten Motordrehzahl eine Abschätzung der Ladung (einschließlich Luft), die in den Zylinder eingeführt wurde, bereitstellen. Bei einem Beispiel kann Sensor 118, der auch als ein Motordrehzahlfühler verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine festgelegte Anzahl an abstandsgleichen Impulsen erzeugen.
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Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und dass jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, Einspritzventil, Zündkerze usw. umfassen kann.
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2 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung 200 eines beispielhaften Motors, wie z. B. Motor 10, einschließlich eines Zylinderkopfs 202, einer Zylinderkopfdichtung 204 und eines Zylinderblocks 206. Verschiedene Komponenten und Merkmale des Motors 10 werden in den 3–6 ausführlicher und von verschiedenen Standpunkten aus gezeigt, die nachfolgend beschrieben sind.
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Der Zylinderblock 206 (oder Motorblock) ist ein bearbeitetes Gussstück (oder, bei einigen Beispielen, eine Anordnung von Modulen) das eine Vielzahl an zylindrisch gebohrten Löchern für Kolben enthält, wie z. B. Kolben 36 von einem oszillierenden Mehrzylinder-Verbrennungsmotor. Der in 2 gezeigte beispielhafte Motor umfasst vier Zylinder 208A, 208B, 208C und 208D, die in einer Reihen-4-Konfiguration angeordnet sind. Jedoch sollte es selbstverständlich sein, dass, obgleich das Beispiel in 2 einen Motor mit vier in einer Reihen-4-Konfiguration angeordneten Zylindern zeigt, irgendeine Anzahl an Zylindern und andere Zylinderkonfigurationen verwendet werden können.
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Zylinderkopf 202 sitzt über den Zylindern oben auf Zylinderblock 206. Kopf 202 umfasst eine Plattform, die einen Teil von jedem Brennraum und verschiedene andere Motorenteile wie beispielsweise Sitzventile und Zündkerzen enthält. Zylinderkopf 202 umfasst auch eine Vielzahl von Einspritzventilbohrungen, um Einspritzventile aufzunehmen und Kraftstoff an die Zylinder bereitzustellen. Beispielsweise, wie gezeigt in 2, umfasst Zylinderkopf 202 die Einspritzventilbohrungen 216A, 216B, 216C und 216D, um Einspritzventile aufzunehmen und Kraftstoff an die Zylinder 208A, 208B, 208C und 208D bereitzustellen. Jede Einspritzventilbohrung kann neben einer Vorderseite eines entsprechenden Zylinders und zentral über dem entsprechenden Zylinder positioniert sein.
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Die Kopfdichtung 204 ist zwischen Zylinderblock 206 und Zylinderkopf 202 positioniert. Dichtung 204 paart sich mit dem Zylinderkopf und hat die Funktion die Zylinder abzudichten und einen Verlust von Kühlflüssigkeit zu reduzieren. Dichtung 204 umfasst eine Vielzahl von Zylinderöffnungen, eine für jeden Zylinder im Motor. Jede Zylinderöffnung in Dichtung 204 ist im Wesentlichen von der gleichen Größe und Format wie ein Zylinder im Zylinderblock 206. Wenn sich Dichtung 204 in einer Einbauposition oben auf dem Zylinderblock 206 befindet, ist jede Zylinderöffnung in der Dichtung 204 mit einem entsprechenden Zylinder im Zylinderblock 206 ausgerichtet. Beispielsweise, wie gezeigt in 2 umfasst Dichtung 204 die Zylinderöffnungen 218A, 218B, 218C und 218D entsprechend den Zylindern 208A, 208B, 208C und 208D.
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Motor 10 umfasst eine Vielzahl von Kühlkanälen oder darin befindliche Kühlflüssigkeitskavitäten. Solche Kühlflüssigkeitskavitäten oder Kanäle können beispielsweise unter Verwendung von Sandkernen während eines Gießverfahrens erzeugt werden. Insbesondere Zylinderblock 206 umfasst darin eine Vielzahl von Kühlkanälen oder Kavitäten 210 zur Lieferung von Kühlflüssigkeit von einer Kühlflüssigkeitsquelle 212. Die Kühlflüssigkeit von Kühlflüssigkeitsquelle 212 kann durch die Kühlflüssigkeitskavitäten 210 zirkuliert werden, um Regionen des Motors zu kühlen.
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Eine Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen kann auf einer Oberseite des Zylinderblocks 206 positioniert sein. Die Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen an der Oberseite des Zylinderblocks 206 kann bei der Lieferung der Kühlflüssigkeit zu anderen Motorenteilen unterstützen. Beispielsweise kann die Vielzahl an Kühlflüssigkeitsöffnungen an der Oberseite des Zylinderblocks 206 mit einer Vielzahl von Kühlflüssigkeitskavitäten 220 im Zylinderkopf 202 über eine Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen an der Unterseite des Zylinderkopfes 202 gekoppelt sein.
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Beispielsweise kann ein Motor mit direkter Einspritzung einen ersten und zweiten Kühlkanal umfassen, die jeweils von einem Zylinderblock zu einem Zylinderkopf queren. Das heißt, der Zylinderblock kann einen ersten und zweiten Kühlkanal aufweisen, von denen jeder Öffnungen hat; und der Zylinderkopf kann einen ersten und zweiten Kühlkanal aufweisen, von denen jeder Öffnungen hat. Weiter können der erste und zweite Kühlkanal, die vom Zylinderblock zum Zylinderkopf queren, Öffnungen im Zylinderblock und Öffnungen im Zylinderkopf umfassen. Bei einigen Beispielen können die Öffnungen im Zylinderblock kleiner sein als die Öffnungen im Zylinderkopf und vollständig durch diese überlappt sein.
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Beispielhaft zeigt 2 eine Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 und 244 in der Oberseite des Zylinderblocks 206, die angrenzend an die Umfänge der Zylinder positioniert sind. Die Kühlflüssigkeitsöffnungen 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242, und 244 können fluidisch mit entsprechenden Öffnungen 222, 230', 232', 234', 236', 238', 240', 242' und 244' respektive in der Unterseite des Zylinderkopfes 202 gekoppelt sein, sodass Kühlflüssigkeit überall im Motor zirkulieren kann.
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Die Kühlflüssigkeitsöffnungen im Oberteil des Zylinderblocks können Kühlflüssigkeit zu Kühlkanälen im Zylinderkopf über eine Vielzahl von Übertragungsmerkmalen in der Dichtung 204 übertragen. Die Übertragungsmerkmale können Öffnungen in der Dichtung sein, die sich dort hindurch erstrecken und Kühlflüssigkeit ermöglichen, durch die Dichtung von den Kühlkanälen im Zylinderblock zu den Kühlkanälen im Zylinderkopf oder umgekehrt zu fließen. Beispielsweise, wie gezeigt in 2, umfasst Dichtung 204 die Übertragungsmerkmale 224, welche die Kühlflüssigkeitsöffnungen 222 im Zylinderkopf 202 in Fluidkommunikation mit den Kühlflüssigkeitsöffnungen 214 im Zylinderblock 206 bringen. Es ist selbstverständlich, dass die beispielhaften Kühlkanäle, Öffnungen und Übertragungsmerkmale, die in 2 gezeigt sind, in der Art beispielhaft sind und dass Motor 10 verschiedene Kühlkanäle, Kühlflüssigkeitsöffnungen und Kühlflüssigkeitsübertragungsmerkmale umfassen kann, die in 2 gezeigt.
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Da die Einspritzventilbohrungen im Zylinderkopf die Kühlkanäle behindern würden, die sich vom Zylinderblock zum Zylinderkopf erstrecken, sind keine Kühlflüssigkeitsöffnungen direkt unter den Einspritzventilbohrungen 216 positioniert. Statt dessen können bei einigen Beispielen Kühlflüssigkeitsöffnungen und Kühlkanäle Regionen des Motors neben den Seiten und/oder Oberteilen der Einspritzventilbohrungen flankieren.
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Um Regionen des Motors neben und unter den Einspritzventilen zu kühlen, wie z. B. Regionen der Einspritzventile neben den Brennräumen, werden Aussparungen oder Taschen in die Unterseite des Zylinderkopfes unter jeder Einspritzventilbohrung gegossen. Jede Aussparung oder Tasche kann ansteigend von der Unterseite des Zylinderkopfes zu einer Unterseitenschrägfläche der Einspritzventilbohrung herausragen, wobei die Aussparung zur Einspritzventilbohrung heruntergedrückt sein kann, sodass Kühlflüssigkeit näher an der Einspritzventilbohrung geleitet werden kann. Weiter kann eine Aussparung zwischen den ersten und zweiten Kühlkanälen positioniert sein, die vom Zylinderblock zum Zylinderkopf quert. Beispielsweise, wie gezeigt in 2, sind die Taschen 226A, 226B, 226C und 226D unter den Einspritzventilbohrungen 216A, 216B, 216C und 216D positioniert. Jede Tasche wird von Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderkopf flankiert, z. B. wird die Tasche 226A flankiert von den Kühlflüssigkeitsöffnungen 230' und 232' in 2 gezeigt.
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Eine Vielzahl von Übertragungsmerkmalen oder Schlitzen ist in der Dichtung neben der Vorderseite jedes Zylinders direkt unter jeder Einspritzventilbohrung gebildet. Jeder unter einer entsprechenden Einspritzventilbohrung positionierte Schlitz ist so dimensioniert und/oder geformt, dass er zumindest teilweise die Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderblock und Zylinderkopf neben der entsprechenden Einspritzventilbohrung überlappt. Bei einigen Beispielen kann ein solcher Schlitz nur teilweise die Kühlkanäle überlappen und die Aussparung voll überlappen. Jeder Schlitz koppelt den ersten und zweiten Kühlkanal fluidisch mit einer entsprechenden Aussparung im Zylinderkopf. Das heißt, die Schlitze in der Dichtung erstrecken sich den ganzen Weg durch die Dichtung und bieten fluidische Kommunikation mit den Kernmarken des vorhandenen Kühlwassermantels, d. h., den Kühlkanälen 210 im Zylinderblock und den Kühlkanälen 220 im Zylinderkopf, sodass Kühlflüssigkeit aufwärts durch die Schlitze der Dichtung in die Aussparungen des Zylinderkopfes und nach unten durch den Schlitz der Dichtung fließen kann.
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Beispielsweise, wie gezeigt in 2, sind die Schlitze 228A, 228B, 228C und 228D in der Dichtung 204 vor und neben den Zylinderöffnungen 218A, 218B, 218C und 218D gebildet. Jeder Schlitz in der Dichtung überlappt mindestens teilweise Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderkopf und Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderblock. Beispielsweise überlappt Schlitz 228A mindestens teilweise die Kühlflüssigkeitsöffnungen 230 und 232 im Zylinderblock und die Kühlflüssigkeitsöffnungen 230' und 232' im Zylinderkopf, sodass Kühlflüssigkeit aufwärts durch den Schlitz 228A von der Dichtung in die Tasche 226A im Zylinderkopf und nach unten durch den Schlitz 228A von der Dichtung über die Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderblock und -kopf fließen kann.
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3 zeigt eine partielle Unteransicht des Zylinderkopfes 204. Die verschiedenen Komponenten und Konfigurationen von Komponenten sind annäherungsweise maßstäblich gezeigt in 3.
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Zylinderkopf 204 umfasst eine Vielzahl von mechanischen Kopplungsfunktionen 302, um verschiedene Motorenteile miteinander zu koppeln; z. B. um den Zylinderkopf mit der Zylinderkopfdichtung und dem Block über beispielsweise Mutter, Bolzen, Schweißen oder Ähnlichem zu koppeln.
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Jeder Zylinder im Motor (z. B. Zylinder 208A, 208B, 208C und 208D) hat eine entsprechende Zylinderkavität im Zylinderkopf. Beispielsweise, wie gezeigt in 3, umfasst Zylinderkopf 204 Zylinderkavitäten 306A, 306B, 306C und 306D entsprechend den Zylindern 208A, 208B, 208C und 208D. Jede Zylinderkavität enthält einen Teil jedes entsprechenden Brennraums und umfasst verschiedene andere Motorenteile, wie beispielsweise Sitzventile, Zündkerzen und Einspritzventilöffnungen. Beispielsweise umfassen die Zylinderkavitäten 306A, 306B, 306C und 306D die Einspritzventilöffnungen 304A, 304B, 304C, 304D, um Kraftstoff von den Einspritzventilen in die Brennräume zu leiten. Die Einspritzventilöffnungen können mit einer entsprechenden Einspritzventilbohrung gekoppelt sein (z. B. können die Einspritzventilöffnungen 304A, 304B, 304C 304D mit den Einspritzventilbohrungen 216A, 216B, 216C und 216D gekoppelt sein), wie in 6 gezeigt, was nachfolgend beschrieben wird.
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3 zeigt eine Vielzahl von Kühlflüssigkeitsöffnungen 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 und 244 in der Oberseite des Zylinderblocks, die angrenzend an die Umfänge der Zylinder positioniert sind. Die Kühlflüssigkeitsöffnungen 214, 230, 232, 234, 236, 238, 240, 242 und 244 paaren sich mit den entsprechenden Öffnungen 222, 230', 232', 234', 236', 238', 240', 242' und 244' in der Unterseite des Zylinderkopfes 202, sodass Kühlflüssigkeit zwischen jeder Öffnung im Kopf und der entsprechenden Öffnung im Zylinderblock über eine entsprechende Übertragungsfunktion in der Kopfdichtung fließen kann.
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4 zeigt eine Detailunteransicht einer Region 400 von Zylinderkopf 204. Die Region 400 gezeigt in 4 ist eine Region des Zylinderkopfes 204 neben der Einspritzventilöffnung 304B in der Zylinderkavität 306B. Die Region 400 wird annäherungsweise in 3 durch einen gestrichelten Kasten gezeigt. Die verschiedenen Komponenten und Konfigurationen von Komponenten sind annäherungsweise maßstäblich gezeigt in 4 gezeigt.
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Eine beispielhafte Aussparung 226B im Zylinderkopf unter der Einspritzventilbohrung 216B wird in 4 flankiert durch eine erste Kühlflüssigkeitsöffnung 234' in der Unterseite des Zylinderkopfes 204 und einer zweiten Kühlflüssigkeitsöffnung 236' in der Unterseite des Zylinderkopfes 204 gezeigt.
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Ein beispielhafter Schlitz 228B in der Zylinderkopfdichtung wird auch in 4 gezeigt. Schlitz 228 überlappt mindestens einen Teil der Kühlflüssigkeitsöffnungen 234' und 236' im Zylinderkopf 204 und mindestens einen Teil der Kühlflüssigkeitsöffnungen 234 und 236 in der Oberseite des Zylinderblocks. Weiter überlappt Schlitz 228B mindestens teilweise Aussparung 226B, sodass Kühlflüssigkeit aufwärts durch den Schlitz 228B von der Dichtung in die Aussparung 226B vom Zylinderkopf und nach unten durch den Schlitz 228B von der Dichtung fließen kann.
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Schlitz 228B kann eine Vielzahl von Formaten und Größen haben. Bei einigen Beispielen kann ein Krümmungshalbmesser des Schlitzes im Wesentlichen zu einem Krümmungshalbmesser des Brennraums gleich sein. Weiter kann das Format und/oder die Größe des Schlitzes angepasst werden, um die Menge des Kühlmittelflusses zu variieren, die in Aussparung 226B eintritt. Beispielsweise kann die Größe des Schlitzes vergrößert oder das Format des Schlitzes geändert werden, um den Betrag an Überlappung mit einer oder mehreren der Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderkopf oder Zylinderblock zu vergrößern, was in einem Anstieg an Kühlmittelfluss in die Aussparung unter dem Einspritzventil resultieren kann. Das Vergrößern des Kühlmittelflusses zur Aussparung kann in einem Anstieg der Kühlung des Einspritzventils resultieren. Ähnlich kann die Größe des Schlitzes verringert oder das Format des Schlitzes geändert werden, um den Betrag an Überlappung mit einer oder mehreren der Kühlflüssigkeitsöffnungen im Zylinderkopf oder Zylinderblock zu verringern, was in einer Verringerung des Kühlmittelflusses in die Aussparung unter dem Einspritzventil resultieren kann. Das Verringern des Kühlmittelflusses zur Aussparung kann in einer Verringerung der Kühlung des Einspritzventils resultieren. Bei einigen Beispielen kann des Weiteren das Format und/oder die Größe des Schlitzes basierend auf einer gewünschten Menge an Kühlflüssigkeit, die in die Aussparung fließt, und/oder basierend auf einer Form oder Größe der Aussparung festgelegt werden.
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5 zeigt schematisch eine Vorderansicht 500 einer Region des Motors 10 neben einer Einspritzventilbohrung 216 im Zylinderkopf 202. Kühlflüssigkeit kann durch Kühlflüssigkeitskavitäten im Zylinderkopf, Zylinderblock und der Zylinderkopfdichtung in einer Vielzahl von Arten durchströmen. Eine beispielhafte Leitung des Kühlmittelflusses wird in 5 durch Pfeile gezeigt. Bei diesem Beispiel fließt Kühlmittel vom Zylinderblock 206 durch die Öffnung 234, durch den Schlitz 228B und durch die Öffnung 234' in den Zylinderkopf 202. Eine Menge an Kühlflüssigkeit (z. B. ein Kühlwasserdruck in der Kavität 210), die vom Zylinderblock 206 durch die Öffnung 236 fließt, kann geringer sein als die Menge an Kühlflüssigkeit, die durch Öffnung 234 fließt. Bei einigen Beispielen kann unter bestimmten Zuständen die Menge der Kühlflüssigkeit, die durch Öffnung 236 fließt, im Wesentlichen null sein. Bei diesem Beispiel wird diese Differenz in der Menge des Kühlmittelflusses durch eine Druckdifferenz zwischen den Kühlflüssigkeitspfaden erzeugt, welche die Aussparung 226B flankieren und Kühlflüssigkeit in den Schlitz 228B von der Öffnung 23, hinauf in die Aussparung 226B und durch die Öffnung 236' in den Zylinderkopf 202 fließen lassen. Es ist selbstverständlich, dass der in 5 gezeigte Kühlmittelflusspfad in der Art beispielhaft ist, und dass andere Flusspfade mit unterschiedlichen Druckdifferenzen verwendet werden können, um Kühlmittelfluss in die Aussparung 226B zu steuern. D. h., dass Kühlflüssigkeit in die Aussparung durch verschiedene Kühlmittelflusspfade einschließlich eines ersten Flusspfads in Fluidkommunikation mit dem Schlitz mit einem ersten Druck und einem zweiten Flusspfad in Fluidkommunikation mit dem Schlitz mit einem zweiten Druck, der geringer ist als der erste Druck, geliefert werden. Auf diese Weise umfasst die Kühlflüssigkeit, die zwischen dem Zylinderblock und Zylinderkopf fließt, eine Druckabsenkung in der Aussparung, die einen Teil der Kühlflüssigkeit in die Aussparung unter dem Einspritzventil steuert.
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6 zeigt eine Seitenansicht 600 einer Region des Motors 200 angrenzend an eine Einspritzventilbohrung 216B im Zylinderkopf 202. Ein Einspritzventil 602 ist in einer Einbauposition in der Einspritzventilbohrung 216B gezeigt. Einspritzventilbohrung 216B neigt sich nach unten zu Zylinderblock 206, sodass ein Spitzenabschnitt 604 des Einspritzventils 602 abwärts und in Richtung von Einspritzventilöffnung 304B zeigt, um Kraftstoff zum Brennraum 208B bereitzustellen. Das heißt, eine Mittelachse der Einspritzventilbohrung ist nach unten zum Brennraum geneigt. Zusätzlich kann sich ein Durchmesser 606 der Einspritzventilbohrung in einer Richtung zum Brennraum verringern.
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Beispielhafte Kühlflüssigkeitskavitäten oder Kanäle 220 sind im Zylinderkopf 202 über dem Einspritzventil 602 gezeigt, die z. B. unter Verwendung von Sandkernen gebildet sind. Kühlflüssigkeit kann durch die Kühlflüssigkeitskavitäten 220 im Zylinderkopf 202 und durch Kühlkanäle 210 im Zylinderblock 206 fließen.
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Die Dichtung 204 mit dem Schlitz 228B darin stellt Fluidkommunikation zwischen mindestens einem Kühlkanal im Zylinderblock, mindestens einem Kühlkanal im Zylinderkopf und der Aussparung 226B im Zylinderkopf unter dem Einspritzventil 216 bereit. Aussparung 226 ist neben dem Spitzenabschnitt 604 des Einspritzventils 602 positioniert, um eine Kühlung zu Regionen des Einspritzventils neben dem Brennraum bereitzustellen.
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Das Leiten von Kühlflüssigkeit direkt unter einem Einspritzventil kann auf diese Weise in einem Anstieg der Kühlung des Einspritzventils resultieren. Weiter kann bei solch einer Herangehensweise das Einspritzventil mit einer minimalen Menge an Zusatzeinrichtungen gekühlt werden, wie z. B. ohne zusätzliche Metallteile oder Sandkerne im Motorblock, was die Kosten im Zusammenhang mit der Herstellung und Installation von neuen Komponenten daher reduziert.
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Zusätzlich kann ein Betrag an Einspritzventilkühlung z. B. durch Anpassung einer Größe und/oder eines Formats der Schlitze in der Dichtung angepasst werden. Weiter kann das Gussgewicht beispielsweise über die im Zylinderkopf gebildeten Aussparungen reduziert werden. Zusätzlich kann das Vergrößern der Einspritzventilkühlung zu einem dauerhafteren System beitragen und die Kraftstofftemperaturen verringern, was in einem Motorleistungsgewinn resultieren kann.
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Es ist offensichtlich, dass die Konfigurationen und Routinen, die hier offenbart werden, in der Art beispielhaft sind und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einem begrenzenden Sinn zu betrachten sind, da es zahlreiche Variationen geben kann. Beispielsweise kann die oben genannte Technologie auf V6, I4, I6, V12, 4-Zylinder Boxermotor, Benzin, Diesel und andere Motortypen und Kraftstofftypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder hier offenbarte Eigenschaften.
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Die folgenden Ansprüche weisen besonders auf bestimmte Kombinationen und Subkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können „ein” Element oder „ein erstes” Element oder das Äquivalent davon bezeichnen. Diese Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbindung von einem oder mehreren solcher Elemente umfassen und weder zwei oder mehr solcher Elemente erfordern noch sie ausschließen. Andere Kombinationen und Subkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch die Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Präsentation von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
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Diese Ansprüche, ob sie breiter, begrenzter, gleich oder unterschiedlich im Umfang gegenüber den ursprünglichen Ansprüchen sind, werden auch als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
