DE102017113519A1

DE102017113519A1 - Reciprocating engine and method of operating such

Info

Publication number: DE102017113519A1
Application number: DE102017113519.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Ewald; Matthias Thewes
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Hubkolbenmotor umfassend: zumindest einen Brennraum (10), ein Zylindergehäuse (1) mit einer Zylinderbohrung (2) je Brennraum (10), je Zylinderbohrung (2) einen in der Zylinderbohrung (2) geführten Hubkolben (6), einen Zylinderkopf (4), der die zumindest eine Zylinderbohrung (2) überdeckt, und zumindest eine Einspritzdüse (21) für Kühlfluid zum Einspritzen des Kühlfluids in den Brennraum (10), wobei die Einspritzdüse (21) in dem Zylinderkopf (4) sitzt, wobei die Einspritzdüse (21) derart angeordnet ist, dass sie zumindest einen Einspritzstrahl (22) des Kühlfluids ausschließlich in Richtung zum Zylinderkopf (4) spritzt.Reciprocating engine comprising: at least one combustion chamber (10), a cylinder housing (1) with a cylinder bore (2) per combustion chamber (10), per cylinder bore (2) in the cylinder bore (2) guided piston (6), a cylinder head (4) the at least one cylinder bore (2) and at least one injection nozzle (21) for cooling fluid for injecting the cooling fluid into the combustion chamber (10), wherein the injection nozzle (21) is seated in the cylinder head (4), the injection nozzle (21 ) is arranged such that it injects at least one injection jet (22) of the cooling fluid exclusively in the direction of the cylinder head (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor, der zumindest einen Brennraum, ein Zylindergehäuse mit einer Zylinderbohrung je Brennraum, je Zylinderbohrung einen in der Zylinderbohrung geführten Hubkolben, einen Zylinderkopf, der die zumindest eine Zylinderbohrung überdeckt, und zumindest eine Einspritzdüse für Kühlfluid zum Einspritzen des Kühlfluids in zumindest einen Brennraum aufweist, wobei die Einspritzdüse in dem Zylinderkopf sitzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einspritzen eines Kühlfluids in zumindest einen Brennraum eines Hubkolbenmotors. The invention relates to a reciprocating engine, the at least one combustion chamber, a cylinder housing with a cylinder bore per combustion chamber, per cylinder bore a piston guided in the cylinder bore, a cylinder head, which covers the at least one cylinder bore, and at least one injection nozzle for cooling fluid for injecting the cooling fluid in at least having a combustion chamber, wherein the injection nozzle is seated in the cylinder head. Furthermore, the invention relates to a method for injecting a cooling fluid into at least one combustion chamber of a reciprocating engine.

Durch die Einbringung eines Kühlfluids, insbesondere von Wasser, in den Brennraum eines Hubkolbenmotors wird die Absenkung der Prozesstemperatur beim Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum erzielt. Hierdurch lässt sich die Klopfneigung deutlich reduzieren, so dass höhere Mitteldrücke realisierbar sind, wodurch der thermische Wirkungsgrad erhöht werden kann. Durch das Einspritzen eines Kühlfluids lässt sich zudem eine optimale Verbrennungsschwerpunktlage erzielen. Darüber hinaus lässt sich mit der Einspritzung von Kühlfluid in den Brennraum eine Reduzierung der Stickstoffkonzentration im Abgas erzielen. Zudem wird der Kraftstoffverbrauch reduziert, wodurch eine CO₂-Reduktion erzielt wird. By introducing a cooling fluid, in particular water, into the combustion chamber of a reciprocating engine, the lowering of the process temperature during combustion of a fuel-air mixture in the combustion chamber is achieved. As a result, the knock tendency can be significantly reduced, so that higher mean pressures can be realized, whereby the thermal efficiency can be increased. By injecting a cooling fluid can also achieve an optimal focus of combustion focus. In addition, with the injection of cooling fluid into the combustion chamber, a reduction of the nitrogen concentration in the exhaust gas can be achieved. In addition, the fuel consumption is reduced, whereby a CO ₂ reduction is achieved.

Die Einbringung von Wasser oder Alkohol als Kühlfluid in den Brennraum ist ein mittlerweile erprobtes Mittel zur Verringerung der Stickoxidkonzentration. Die Stickoxidbildung während der Verbrennung wird wesentlich durch die Verbrennungstemperatur bestimmt und lässt sich durch die Zumischung von inerten Komponenten zur Ladung reduzieren. Die inerten Ladungsbestandteile können entsprechend ihrer spezifischen Wärmekapazität, bei flüssigen Stoffen zusätzlich entsprechend ihrer Verdampfungswärme, einen erheblichen Anteil der während des motorischen Prozesses freigesetzten Wärme aufnehmen und senken so die Prozesstemperaturen. The introduction of water or alcohol as cooling fluid into the combustion chamber is now a proven means for reducing the nitrogen oxide concentration. Nitrogen oxide formation during combustion is essentially determined by the combustion temperature and can be reduced by adding inert components to the charge. The inert charge components can absorb a significant proportion of the heat released during the motor process according to their specific heat capacity, in addition to their heat of vaporization, and thus lower the process temperatures.

Als Verfahren zur Einbringung von Kühlfluid sind einerseits die Zugabe von Kühlfluid zu der dem Hubkolbenmotor zugeführten Verbrennungsluft vor dem Brennraum und andererseits die Hochdruckeinspritzung des Kühlfluids in den Brennraum bekannt. As a method for introducing cooling fluid, on the one hand, the addition of cooling fluid to the combustion air supplied to the reciprocating engine upstream of the combustion chamber and, on the other hand, the high-pressure injection of the cooling fluid into the combustion chamber are known.

Bei dem erstgenannten Verfahren wird das Kühlfluid unter niedrigem Druck in den Frischluftstrom kontinuierlich oder intermittierend über eine oder mehrere Düsen eingespritzt. Die DE 34 01 143 C2 offenbart eine solche sogenannte Saugrohrzugabe des Kühlfluids in feinzerstäubtem Zustand. Nachteil hierbei ist, dass das Kühlfluid teilweise an den Saugrohrwänden ausscheidet. In the former method, the cooling fluid is injected under low pressure into the fresh air stream continuously or intermittently via one or more nozzles. The DE 34 01 143 C2 discloses such a so-called suction tube addition of the cooling fluid in a finely atomized state. The disadvantage here is that the cooling fluid partially excretes the suction tube walls.

Bei der Hochdruckeinspritzung von Kühlfluid wird flüssiges Kühlfluid mittels einer Einspritzdüse direkt in den Brennraum eingespritzt. Die WO 2016/055413 A1 offenbart eine solche Hochdruckeinspritzung von Wasser in den Brennraum eines Verbrennungsmotors. In the high-pressure injection of cooling fluid, liquid cooling fluid is injected directly into the combustion chamber by means of an injection nozzle. The WO 2016/055413 A1 discloses such high pressure injection of water into the combustion chamber of an internal combustion engine.

Die DE 10 2012 206 242 A1 zeigt einen Hubkolbenmotor, der eingangs genannten Art. Bei diesem Hubkolbenmotor ist die Einspritzdüse derart angeordnet, dass der Einspritzstrahl des Kühlfluids in Richtung des Zylinderkopfes und des Zylindergehäuses ausgerichtet ist. Die Einspritzdüse ist hierbei seitlich versetzt zu einer Zylinderachse der Zylinderbohrung angeordnet und auf derselben Seite wie Einlassventile, die für den jeweiligen Brennraum vorgesehen sind, angeordnet. Die Einspritzdüse ist zudem unterhalb der Einlassventile positioniert. Unterhalb der Einlassventile bedeutet, dass die Einspritzdüse zwischen den Einlassventilen und der Kurbelwelle angeordnet ist. Beim Einströmen der Luft durch die Einlassventile entsteht bekanntermaßen eine Tumble-Bewegung der Ladung innerhalb des Brennraums, wobei die Luft entlang einer Brennraumwand des Zylinderkopfes quer zur Zylinderachse in Richtung zu den Auslassventilen strömt, auf der Auslassseite nach unten in Richtung zum Hubkolben strömt, und dann wieder auf der Einlassseite in Richtung zum Zylinderkopf strömt. Das Einspritzen von Wasser quer zur Zylinderachse von der Einlassseite aus unterstützt somit die Tumble-Bewegung der Ladung. Nachteilig kann sich jedoch auswirken, dass sich, dadurch, dass der Einspritzstrahl in Richtung zur Brennraumwand der Zylinderbohrung gerichtet ist, Wasser an der Brennraumwand des Zylindergehäuses bzw. der Zylinderbohrung niederschlägt. Dies kann zu einer Verdünnung des Schmieröls führen. The DE 10 2012 206 242 A1 shows a reciprocating engine of the type mentioned. In this reciprocating engine, the injection nozzle is arranged such that the injection jet of the cooling fluid is aligned in the direction of the cylinder head and the cylinder housing. The injection nozzle is arranged laterally offset from a cylinder axis of the cylinder bore and arranged on the same side as inlet valves, which are provided for the respective combustion chamber. The injector is also positioned below the intake valves. Below the intake valves means that the injector is located between the intake valves and the crankshaft. As the air flows in through the inlet valves, a tumble motion of the charge within the combustion chamber is known to occur, with the air flowing along a combustion chamber wall of the cylinder head transversely to the cylinder axis toward the exhaust valves, flowing down the exhaust side toward the piston, and then flows again on the inlet side towards the cylinder head. Injecting water across the cylinder axis from the inlet side thus aids the tumble motion of the charge. However, the disadvantage can be that, due to the fact that the injection jet is directed in the direction of the combustion chamber wall of the cylinder bore, water precipitates on the combustion chamber wall of the cylinder housing or cylinder bore. This can lead to a dilution of the lubricating oil.

US 2014/0331642 A1 zeigt einen Hubkolbenmotor, bei dem eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Wasser seitlich versetzt zur Zylinderachse angeordnet ist, wobei die Einspritzdüse derart ausgerichtet ist, dass sie einen Einspritzstrahl in Richtung zum Hubkolben einspritzt. Hierbei ist die Einspritzdüse auslassseitig angeordnet, so dass hier ebenfalls die Tumble-Bewegung der einströmenden Luft unterstützt wird. US 2014/0331642 A1 shows a reciprocating engine, in which an injection nozzle for injecting water is arranged laterally offset from the cylinder axis, wherein the injection nozzle is oriented such that it injects an injection jet in the direction of the reciprocating piston. Here, the injection nozzle is arranged on the outlet side, so that here also the tumble movement of the incoming air is supported.

Die DE 10 2012 206 307 A1 zeigt einen Hubkolbenmotor mit einer Einspritzdüse für Wasser, wobei die Einspritzdüse seitlich von der Zylinderachse versetzt angeordnet ist. Die Einspritzdüse weist mehrere Austrittsöffnungen auf, so dass mehrere Einspritzstrahlen erzeugt werden. Diese sind derart ausgerichtet, dass sie jeweils einen Einspritzstrahl eines Kraftstoffs treffen. Hierbei sind einige der Einspritzstrahlen derart ausgerichtet, dass sie eine Tumble-Bewegung der Ladung unterstützen und einige Einspritzstrahlen der Tumble-Bewegung entgegenwirken. The DE 10 2012 206 307 A1 shows a reciprocating engine with an injection nozzle for water, wherein the injection nozzle is arranged laterally offset from the cylinder axis. The injection nozzle has a plurality of outlet openings, so that a plurality of injection jets are generated. These are aligned so that they each hit an injection jet of fuel. Here, some of the injection jets are aligned so as to promote tumble motion of the charge and counteract some of the injection jets of tumble motion.

Die WO 2010/036095 A1 zeigt einen Hubkolbenmotor mit einer Einspritzdüse in einer Wand des Zylindergehäuses, wobei die Einspritzdüse derart ausgerichtet ist, dass sie Kühlfluid in Richtung zum Zylinderkopf ausstößt. Die Anordnung der Einspritzdüse in einer Wand des Zylindergehäuses führt dazu, dass eine Austrittsöffnung der Einspritzdüse im oberen Totpunkt des Hubkolbens vom Hubkolben abgedeckt ist. Um ein Einspritzen von Wasser in den Brennraum auch in den Stellungen nahe des oberen Druckpunkts zu gewährleisten, muss der Hubkolben im Bereich der Überlappung mit der Einspritzdüse besonders gestaltet sein, insbesondere eine Ausnehmung aufweisen. The WO 2010/036095 A1 shows a reciprocating engine with an injection nozzle in a wall of the cylinder housing, wherein the injection nozzle is oriented such that it ejects cooling fluid in the direction of the cylinder head. The arrangement of the injection nozzle in a wall of the cylinder housing causes an outlet opening of the injection nozzle is covered at the top dead center of the reciprocating piston. In order to ensure an injection of water into the combustion chamber in the positions near the upper pressure point, the reciprocating piston in the region of the overlap with the injection nozzle must be particularly designed, in particular having a recess.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hubkolbenmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Hubkolbenmotors bereitzustellen, welche ein besonders effizientes Einspritzen eines Kühlfluids gewährleisten. Object of the present invention is to provide a reciprocating engine and a method for operating such a reciprocating engine, which ensure a particularly efficient injection of a cooling fluid.

Die Aufgabe wird durch einen Hubkolbenmotor gelöst, der zumindest einen Brennraum, ein Zylindergehäuse mit einer Zylinderbohrung je Brennraum, je Zylinderbohrung einen in der Zylinderbohrung geführten Hubkolben, einen Zylinderkopf, der die zumindest eine Zylinderbohrung überdeckt, und zumindest eine Einspritzdüse für Kühlfluid zum Einspritzen des Kühlfluids in den Brennraum aufweist, wobei die Einspritzdüse in dem Zylinderkopf sitzt, und wobei die Einspritzdüse derart angeordnet ist, dass sie zumindest einen Einspritzstrahl des Kühlmediums ausschließlich in Richtung zum Zylinderkopf spritzt. The object is achieved by a reciprocating engine, the at least one combustion chamber, a cylinder housing with a cylinder bore per combustion chamber, per cylinder bore a piston guided in the cylinder bore, a cylinder head, which covers the at least one cylinder bore, and at least one injection nozzle for cooling fluid for injecting the cooling fluid has in the combustion chamber, wherein the injection nozzle is seated in the cylinder head, and wherein the injection nozzle is arranged such that it injects at least one injection jet of the cooling medium exclusively in the direction of the cylinder head.

Dadurch, dass die Einspritzdüse derart angeordnet ist, dass sie zumindest einen Einspritzstrahl des Kühlmediums ausschließlich in Richtung zum Zylinderkopf spritzt, ist gewährleistet, dass das Kühlmedium dieses Einspritzstrahls sich nicht an der Brennraumwand der Zylinderbohrung niederschlagen kann, sondern allenfalls an der Brennraumwand des Zylinderkopfes. Somit wird eine Schmierölverdünnung weitestgehend vermieden. Ferner wird durch die Anordnung der Einspritzdüse im Zylinderkopf vermieden, dass sich diese im Bereich der Bewegung des Hubkolbens befindet. Characterized in that the injection nozzle is arranged such that it injects at least one injection jet of the cooling medium exclusively in the direction of the cylinder head, it is ensured that the cooling medium of this injection jet can not be reflected on the combustion chamber wall of the cylinder bore, but at most on the combustion chamber wall of the cylinder head. Thus, a lubricating oil dilution is largely avoided. Furthermore, it is avoided by the arrangement of the injection nozzle in the cylinder head, that this is in the range of movement of the reciprocating piston.

Durch die Anordnung der Einspritzdüse im Zylinderkopf und die Ausrichtung derart, dass das Kühlfluid in Richtung zum Zylinderkopf spritzt ist gewährleistet, dass das Kühlfluid in die obere dem Zylinderkopf nahe Schicht eingespritzt wird und dort wirksam der Klopfneigung entgegenwirken kann, so dass die Einbringung des Kühlfluids besonders effizient ist. The arrangement of the injection nozzle in the cylinder head and the orientation such that the cooling fluid injected in the direction of the cylinder head ensures that the cooling fluid is injected into the upper layer near the cylinder head and there can effectively counteract the tendency to knock, so that the introduction of the cooling fluid particularly is efficient.

Um das Einspritzen des zumindest einen Einspritzstrahls ausschließlich in Richtung zum Zylinderkopf zu ermöglichen kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Einspritzdüse für Kühlfluid zumindest eine Austrittsöffnung aufweist, wobei die Austrittsöffnung in einen der Brennräume mündet und eine Austrittsachse aufweist, entlang derer ein Einspritzstrahl des Kühlfluids aus der Austrittsöffnung austritt, und dass die Austrittsachse zumindest einer der Austrittsöffnungen in Richtung zum Zylinderkopf ausgerichtet ist. In order to enable the injection of the at least one injection jet exclusively in the direction of the cylinder head, it can be provided that the at least one injection nozzle for cooling fluid has at least one outlet opening, wherein the outlet opening opens into one of the combustion chambers and has an exit axis, along which an injection jet of the cooling fluid the outlet opening emerges, and that the outlet axis of at least one of the outlet openings is aligned in the direction of the cylinder head.

In einer Ausgestaltung kann die zumindest eine Einspritzdüse für Kühlfluid seitlich versetzt zu einer Zylinderachse der jeweiligen Zylinderbohrung angeordnet sein. Die Einspritzdüse für Kühlfluid spritzt somit, ausgehend von einem radial äußeren Bereich des Brennraums, in eine Richtung quer zur Zylinderachse in den Brennraum ein. In one embodiment, the at least one injection nozzle for cooling fluid can be arranged laterally offset from a cylinder axis of the respective cylinder bore. The injection nozzle for cooling fluid thus injects, starting from a radially outer region of the combustion chamber, in a direction transverse to the cylinder axis into the combustion chamber.

Die Austrittsachse zumindest einer der Austrittsöffnungen kann in einem Winkel von weniger als 30 Grad zu einer Ebene, die rechtwinklig zur Zylinderachse angeordnet ist, ausgerichtet sein. Vorzugsweise beträgt der Winkel weniger als 10 Grad. Der Einspritzstrahl des Kühlfluids ist somit annähernd rechtwinklig zur Zylinderachse angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Austrittsachse parallel zu besagter Ebene angeordnet oder in Richtung vom Hubkolben weg winklig zu dieser Ebene angeordnet, so dass wirksam vermieden wird, dass Kühlfluid die Brennraumwand des Zylindergehäuses erreichen kann. The exit axis of at least one of the exit openings may be oriented at an angle of less than 30 degrees to a plane that is perpendicular to the cylinder axis. Preferably, the angle is less than 10 degrees. The injection jet of the cooling fluid is thus arranged approximately at right angles to the cylinder axis. Particularly preferably, the exit axis is arranged parallel to said plane or arranged in the direction away from the reciprocating piston at an angle to this plane, so that it is effectively avoided that cooling fluid can reach the combustion chamber wall of the cylinder housing.

In Ausgestaltung ist die zumindest eine Einspritzdüse auf der Seite zumindest eines Einlassventils des Brennraums angeordnet. Somit verläuft der zumindest eine Einspritzstrahl von der Einlassseite des Brennraums in Richtung zu einer Auslassseite des Brennraums, in dem zumindest ein Auslassventil angeordnet ist. Somit wird die Tumble-Bewegung der durch das Einlassventil eintretenden Luft unterstützt. In an embodiment, the at least one injection nozzle is arranged on the side of at least one inlet valve of the combustion chamber. Thus, the at least one injection jet extends from the inlet side of the combustion chamber in the direction of an outlet side of the combustion chamber, in which at least one outlet valve is arranged. Thus, the tumble motion of the air entering through the inlet valve is promoted.

Alternativ kann die zumindest eine Einspritzdüse auch auf der Zylinderachse der jeweiligen Zylinderbohrung angeordnet sein. Bei dieser Anordnung verläuft der zumindest eine Einspritzstrahl des Kühlfluids, ausgehend von der Mitte des Brennraums, radial nach außen. Alternatively, the at least one injection nozzle can also be arranged on the cylinder axis of the respective cylinder bore. In this arrangement, the at least one injection jet of the cooling fluid, starting from the center of the combustion chamber, extends radially outward.

Bei beiden genannten Anordnungen der Einspritzdüse für Kühlfluid kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Austrittsachse seitlich beabstandet zu einer Zündkerze im Brennraum angeordnet ist, um zu vermeiden, dass die Zündkerze mit Kühlfluid angesprüht wird. In both said arrangements of the injection nozzle for cooling fluid may be provided in an embodiment that the outlet axis is arranged laterally spaced from a spark plug in the combustion chamber, to avoid that the spark plug is sprayed with cooling fluid.

Um eine möglichst gute Verteilung des Kühlfluids zu gewährleisten und sicherzustellen, dass ausreichend Kühlfluid eingespritzt wird, kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Einspritzdüse mindestens zwei Austrittsöffnungen aufweist, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylinderkopf ausgerichtet sind. In order to ensure the best possible distribution of the cooling fluid and to ensure that sufficient cooling fluid is injected, it can be provided that the at least one injection nozzle has at least two outlet openings whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder head.

Es kann erforderlich sein, dass mehr Kühlfluid in den Brennraum eingespritzt werden muss, als über die Austrittsöffnungen ausgetragen werden kann, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylinderkopf ausgerichtet sind. In diesem Fall müssen weitere Austrittsöffnungen vorgesehen sein, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben ausgerichtet sind. It may be necessary that more cooling fluid must be injected into the combustion chamber, as can be discharged via the outlet openings, whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder head. In this case, further outlet openings must be provided, whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston.

Hierbei kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die zumindest eine Einspritzdüse höchstens zwei Austrittsöffnungen aufweist, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben ausgerichtet sind. Hierdurch wird die Menge an Kühlfluid begrenzt, die in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben in den Brennraum eingespritzt wird. Sofern der zumindest eine Einspritzstrahl, der in Richtung zum Zylinderkopf eingespritzt wird, in Tumble-Richtung ausgerichtet ist wird somit ein Einspritzen von Kühlfluid entgegen der Tumble-Richtung in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben begrenzt, um der Tumble-Bewegung der Luft nicht zu sehr entgegenzuwirken. In this case, it may be provided in an embodiment that the at least one injection nozzle has at most two outlet openings, whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston. As a result, the amount of cooling fluid is limited, which is injected in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston in the combustion chamber. If the at least one injection jet, which is injected in the direction of the cylinder head, is aligned in the tumble direction, injection of cooling fluid against the tumble direction in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston is therefore limited in order not to cause the tumble motion of the air too much to counteract.

In einer Ausgestaltung des Hubkolbenmotors kann ferner vorgesehen sein, dass die zumindest eine Einspritzdüse mehr Austrittsöffnungen aufweist, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylinderkopf ausgerichtet sind, als Austrittsöffnungen, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben ausgerichtet sind. Hierdurch wird ebenfalls gewährleistet, dass mehr Kühlfluid in Richtung zum Zylinderkopf eingespritzt wird als in Richtung zum Zylindergehäuse oder zum Hubkolben. Auch hierdurch kann vermieden werden, dass der Tumble-Bewegung zu sehr entgegengewirkt wird. Zum anderen wird die Gefahr des Anspritzens der Brennraumwand des Zylindergehäuses in zu großem Maße entgegengewirkt. In one embodiment of the reciprocating engine can be further provided that the at least one injection nozzle has more outlet openings whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder head, as outlet openings whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston. This also ensures that more cooling fluid is injected in the direction of the cylinder head than in the direction of the cylinder housing or the reciprocating piston. This can also be avoided that the tumble movement is too much counteracted. On the other hand, the risk of spraying the combustion chamber wall of the cylinder housing is counteracted to a large extent.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass die Summe der Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylinderkopf ausgerichtet sind, größer ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen, deren Austrittsachsen in Richtung zum Zylindergehäuse oder in Richtung zum Hubkolben ausgerichtet sind. Auch durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass mehr Kühlfluid in Richtung zum Zylinderkopf in den Brennraum eingespritzt wird. It can also be provided that the sum of the cross-sectional areas of all outlet openings, whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder head, is greater than the sum of the cross-sectional areas of all outlet openings whose outlet axes are aligned in the direction of the cylinder housing or in the direction of the reciprocating piston. Also by this measure can be achieved that more cooling fluid is injected in the direction of the cylinder head in the combustion chamber.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Einspritzen eines Kühlfluids in einen Brennraum eines Hubkolbenmotors, wie er vorangehend beschrieben ist, gelöst, wobei das Kühlfluid von der zumindest einen Einspritzdüse in zumindest einem sich von der Einspritzdüse erweiternden Einspritzstrahl eingespritzt wird, wobei der Einspritzstrahl an der Einspritzdüse einen Einspritzkegel bildenden Öffnungswinkel aufweist, und wobei der Einspritzkegel in seiner Verlängerung ausschließlich auf eine Brennraumwand des Zylinderkopfs trifft. The object is further achieved by a method for injecting a cooling fluid into a combustion chamber of a reciprocating engine, as described above, wherein the cooling fluid is injected from the at least one injection nozzle in at least one of the injection nozzle expanding injection jet, wherein the injection jet at the Injector has an injection cone forming opening angle, and wherein the injection cone meets in its extension exclusively to a combustion chamber wall of the cylinder head.

Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass das Kühlfluid in Richtung zur Brennraumwand des Zylindergehäuses gespritzt wird, und die Gefahr besteht, dass es sich dort niederschlägt und zu einer Schmierölverdünnung führt. By this measure it is avoided that the cooling fluid is sprayed in the direction of the combustion chamber wall of the cylinder housing, and there is the danger that it will precipitate there and leads to a lubricating oil dilution.

Das Kühlfluid kann in mehreren zeitlich beabstandeten Einspritzungen eingespritzt werden. The cooling fluid may be injected in a plurality of spaced-apart injections.

Hierbei kann eine erste der mehreren Einspritzungen vor einem Kurbelwinkel von 60 Grad vor dem Zünd-OT (oberen Totpunkt zwischen Kompressions- und Arbeitstakt) enden. Ferner kann eine letzte der mehreren Einspritzungen nach einem Kurbelwinkel von 60 Grad vor dem Zünd-OT enden. Here, a first of the multiple injections may end before a crank angle of 60 degrees before the ignition TDC (top dead center between compression and power stroke). Further, a last one of the multiple injections may end after a crank angle of 60 degrees before the ignition TDC.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass alle Einspritzungen von Kühlfluid vor einer Einspritzung von Kraftstoff enden oder nach der Einspritzung von Kraftstoff beginnen. Somit findet keine gleichzeitige Einspritzung von Kühlfluid und Kraftstoff in den Brennraum statt. In one embodiment of the method, it may be provided that all injections of cooling fluid end before injection of fuel or start after the injection of fuel. Thus, there is no simultaneous injection of cooling fluid and fuel into the combustion chamber.

Vorteilhafterweise beginnt die Einspritzung von Kühlfluid nach dem Beginn des Schließvorgangs zumindest eines Einlassventils des Hubkolbenmotors. In konkreter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Einspritzung von Kühlfluid frühestens bei einer Ventilhebung von 2 Millimetern des zumindest einen Einlassventils beginnt. Advantageously, the injection of cooling fluid begins after the start of the closing operation of at least one inlet valve of the reciprocating piston engine. In a concrete embodiment, it can be provided that the injection of cooling fluid begins at the earliest at a valve lift of 2 millimeters of the at least one intake valve.

Hierin zeigt: Hereby shows:

1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Hubkolbenmotors im Bereich eines Brennraums, 1 a schematic cross section through a first embodiment of a reciprocating engine in the region of a combustion chamber,

2 eine Skizze der Einspritzdüse für Kühlfluid mit der schematischen Darstellung eines Einspritzstrahls des Kühlfluids, 2 a sketch of the injection nozzle for cooling fluid with the schematic representation of an injection jet of the cooling fluid,

3 eine schematische Draufsicht des Hubkolbenmotors gemäß 1, 3 a schematic plan view of the reciprocating engine according to 1 .

4 einen schematischen Querschnitt durch eine zweiten Ausführungsform eines Hubkolbenmotors im Bereich eines Brennraums, und 4 a schematic cross section through a second embodiment of a reciprocating engine in the region of a combustion chamber, and

5 eine schematische Draufsicht des Hubkolbenmotors gemäß 4. 5 a schematic plan view of the reciprocating engine according to 4 ,

1 zeigt schematisch einen Teil eines Hubkolbenmotors in einem Querschnitt mit einem Zylindergehäuse 1, in dem mehrere Zylinderbohrungen 2, von denen eine dargestellt ist, angeordnet sind. Die Zylinderbohrung 2 öffnet sich zu einer Oberseite 3 hin, an der die Zylinderbohrungen 2 durch einen Zylinderkopf 4 überdeckt sind. Zwischen dem Zylinderkopf 4 und dem Zylindergehäuse 1 ist eine Zylinderkopfdichtung 5 angeordnet. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass der Hubkolbenmotor nur eine Zylinderbohrung 2 aufweist. 1 schematically shows a part of a reciprocating engine in a cross section with a cylinder housing 1 in which several cylinder bores 2 , one of which is shown, are arranged. The cylinder bore 2 opens to a top 3 towards where the cylinder bores 2 through a cylinder head 4 are covered. Between the cylinder head 4 and the cylinder housing 1 is a cylinder head gasket 5 arranged. In principle, it is also conceivable that the reciprocating engine only a cylinder bore 2 having.

In der Zylinderbohrung 2 ist ein Hubkolben 6 entlang einer Zylinderachse Z verschiebbar geführt. Ein Pleuel 7 ist schwenkbar mit dem Hubkolben 6 verbunden sowie schwenkbar auf einer Kurbel 8 einer Kurbelwelle 9 angeordnet. Die Kurbelwelle 9 ist um eine Kurbelwellenachse K drehbar. In the cylinder bore 2 is a reciprocating piston 6 slidably guided along a cylinder axis Z. A connecting rod 7 is pivotable with the reciprocating piston 6 connected as well as pivoting on a crank 8th a crankshaft 9 arranged. The crankshaft 9 is rotatable about a crankshaft axis K.

Eine Brennraumwand 11 des Zylindergehäuses 1, wobei die Brennraumwand 11 durch die Zylinderbohrung 2 gebildet ist, eine Brennraumwand 12 des Zylinderkopfes 4 sowie eine Kolbenfläche 13 des Hubkolbens 6 begrenzen einen Brennraum 10 zum Verbrennen eines Luft-Gas-Gemischs und zum Antreiben des Hubkolbens 6 und damit der Kurbelwelle 9. A combustion chamber wall 11 of the cylinder housing 1 , wherein the combustion chamber wall 11 through the cylinder bore 2 is formed, a combustion chamber wall 12 of the cylinder head 4 and a piston surface 13 of the reciprocating piston 6 limit a combustion chamber 10 for burning an air-gas mixture and for driving the reciprocating piston 6 and thus the crankshaft 9 ,

In dem Zylinderkopf 4 ist zumindest ein Einlasskanal 14, vorzugsweise zwei Einlasskanäle, vorgesehen, welcher in den Brennraum 10 mündet und durch ein Einlassventil 15 verschlossen werden kann. Ferner ist mindestens ein Auslasskanal 16, vorzugsweise zwei Auslasskanäle, in dem Zylinderkopf 4 vorgesehen, der in den Brennraum 10 mündet und durch ein Auslassventil 17 verschließbar ist. Luft strömt durch den Einlasskanal 14 bei geöffnetem Einlassventil 15 in den Brennraum 10 ein, wobei eine Tumble-Bewegung der Luft vom Einlassventil 15 in Richtung zum Auslassventil 17 entsteht, welche durch den Pfeil im Brennraum 10 angedeutet ist. Die Luft strömt vom Einlassventil 15 zum Auslassventil 17, dann weiter nach unten in Richtung Kolbenfläche 13 und auf der Einlassseite wieder nach oben Richtung Einlassventil 15. In diesem Zusammenhang sind die Begriffe „oben“ und „unten“ auf die in 1 dargestellte Ausrichtung bezogen. „Oben“ bedeutet demnach von der Kurbelwelle 9 entfernt und „unten“ der Kurbelwelle 9 zugewandt. In the cylinder head 4 is at least one inlet channel 14 , Preferably, two inlet channels, provided, which in the combustion chamber 10 flows and through an inlet valve 15 can be closed. Furthermore, at least one outlet channel 16 , preferably two exhaust ports, in the cylinder head 4 provided in the combustion chamber 10 opens and through an exhaust valve 17 is closable. Air flows through the inlet channel 14 with the inlet valve open 15 in the combustion chamber 10 one, with a tumble motion of the air from the inlet valve 15 towards the exhaust valve 17 created by the arrow in the combustion chamber 10 is indicated. The air flows from the inlet valve 15 to the exhaust valve 17 , then continue down towards the piston surface 13 and on the inlet side back up towards inlet valve 15 , In this context, the terms "top" and "bottom" refer to those in 1 shown orientation. "Top" therefore means the crankshaft 9 removed and "down" the crankshaft 9 facing.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich zentral im Brennraum 10 auf der Zylinderachse Z ein Kraftstoffeinspritzventil 18 im Zylindergehäuse 1. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass Kraftstoff bereits im Einlasskanal 14 eingespritzt wird und somit ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch das Einlassventil 15 einströmt. In the present embodiment is located centrally in the combustion chamber 10 on the cylinder axis Z a fuel injection valve 18 in the cylinder housing 1 , In principle, however, it is also conceivable that fuel is already in the intake duct 14 is injected and thus a fuel-air mixture through the inlet valve 15 flows.

Seitlich versetzt zum Kraftstoffeinspritzventil 18 befindet sich eine Zündkerze 19 zum Entzünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum 10. Es ist auch denkbar, dass es sich um einen selbstzündenden Hubkolbenmotor handelt, bei dem keine Zündkerze 19 vorgesehen ist. Laterally offset to the fuel injection valve 18 there is a spark plug 19 for igniting the fuel-air mixture in the combustion chamber 10 , It is also conceivable that it is a self-igniting reciprocating engine, in which no spark plug 19 is provided.

Sowohl Kraftstoffeinspritzventil 18 als auch Zündkerze 19 sind über den Einlassventilen 15 und Auslassventilen 17 angeordnet. Both fuel injector 18 as well as spark plug 19 are above the intake valves 15 and exhaust valves 17 arranged.

Seitlich versetzt zur Zylinderachse Z ist eine Einspritzdüse 21 für Kühlfluid im Zylinderkopf 4 vorgesehen, mit der ein Kühlfluid, insbesondere Wasser, in den Brennraum 10 eingespritzt werden kann. Laterally offset to the cylinder axis Z is an injection nozzle 21 for cooling fluid in the cylinder head 4 provided with a cooling fluid, in particular water, in the combustion chamber 10 can be injected.

Das Kraftstoffeinspritzventil 18 ist derart ausgerichtet, dass Kraftstoff als Kraftstoffeinspritzstrahl 20 in den Brennraum 10 eingespritzt wird, wobei der Kraftstoffeinspritzstrahl 20 in Richtung der Zylinderachse Z auf die Kolbenfläche 13 des Hubkolbens 6 zu gerichtet ist. Der Kraftstoffeinspritzstrahl 20 weist eine Keulenform auf und tritt aus dem Kraftstoffeinspritzventil 18 in einem Einspritzkegel 23 aus dem Kraftstoffeinspritzventil 18 aus. Der Kraftstoffeinspritzstrahl 20 verläuft koaxial zu einer Austrittsachse 25 des Kraftstoffeinspritzventils 18, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Austrittsachse 25 des Kraftstoffeinspritzventils 18 koaxial zur Zylinderachse Z angeordnet ist. Grundsätzlich kann der Kraftstoffeinspritzstrahl 20 auch eine Kegelform aufweisen. Ferner kann der Kraftstoff auch in abweichenden Orientierungen relative zur Zylinderachse Z eingespritzt werden und/oder in mehreren Kraftstoffeinspritzstrahlen eingespritzt werden. The fuel injector 18 is oriented such that fuel as a fuel injection jet 20 in the combustion chamber 10 is injected, wherein the fuel injection 20 in the direction of the cylinder axis Z on the piston surface 13 of the reciprocating piston 6 is addressed to. The fuel injection jet 20 has a lobe shape and exits the fuel injection valve 18 in an injection cone 23 from the fuel injection valve 18 out. The fuel injection jet 20 runs coaxially to an exit axis 25 of the fuel injection valve 18 , In the present embodiment, the exit axis 25 of the fuel injection valve 18 is arranged coaxially with the cylinder axis Z. In principle, the fuel injection jet 20 also have a cone shape. Furthermore, the fuel can also be injected in deviating orientations relative to the cylinder axis Z and / or injected in a plurality of fuel injection jets.

Das Einspritzventil 21 für Kühlfluid weist eine in 2 angedeutete Austrittsöffnung 27 auf, aus der ein Einspritzstrahl 22 des Kühlfluids austritt. Der Einspritzstrahl 22 weist eine Keulenform auf. Innerhalb der in den 1 und 2 dargestellten Einspritzkeule (Einspritzstrahl 22) befindet sich das Kühlfluid in einem flüssigen Aggregatzustand, wobei das Kühlfluid außerhalb der Einspritzkeule verdampft ist. Der Einspritzstrahl 22 tritt in einem Einspritzkegel 24 aus der Austrittsöffnung 27 aus, welche eine Austrittsachse 26 der Einspritzdüse 21 definiert. The injection valve 21 for cooling fluid has an in 2 indicated outlet opening 27 on, from which an injection jet 22 the cooling fluid emerges. The injection jet 22 has a club shape. Within the in the 1 and 2 injection lobe shown (injection jet 22 ), the cooling fluid is in a liquid state, wherein the cooling fluid is vaporized outside the injection lobe. The injection jet 22 occurs in an injection cone 24 from the outlet 27 out, which is an exit axis 26 the injector 21 Are defined.

Wie in 1 erkennbar ist, ist die Einspritzdüse 21 für Kühlfluid derart ausgerichtet, dass eine gedachte Verlängerung des Einspritzkegels 24 des Einspritzstrahls 22 des Kühlfluids ausschließlich auf die Brennraumwand 12 des Zylinderkopfes 4 auftrifft. Der Bereich des Auftreffens des Einspritzkegels 24 des Einspritzstrahls 22 des Kühlfluids befindet sich somit oberhalb der Zylinderkopfdichtung 5. Hierdurch wird vermieden, dass Kühlfluid die Brennraumwand 11 des Zylindergehäuses 1 erreichen kann. Dies könnte zu einer Schmierölverdünnung führen, indem das Schmieröl an der Brennraumwand 11 des Zylindergehäuses 1 mit dem Kühlfluid gemischt werden könnte. As in 1 is recognizable, is the injection nozzle 21 for cooling fluid aligned such that an imaginary extension of the injection cone 24 of the injection jet 22 of the cooling fluid exclusively on the combustion chamber wall 12 of the cylinder head 4 incident. Area of impact of an injection cone 24 of the injection jet 22 the cooling fluid is thus above the cylinder head gasket 5 , This avoids that cooling fluid the combustion chamber wall 11 of the cylinder housing 1 can reach. This could lead to a lubricating oil dilution by the lubricating oil on the combustion chamber wall 11 of the cylinder housing 1 could be mixed with the cooling fluid.

Durch die Einspritzung des Kühlfluids in im Wesentlichen radialer Richtung entlang einer Ebene, die senkrecht zur Zylinderachse Z verläuft, ist sichergestellt, dass das Kühlfluid im Brennraum 10 im oberen Bereich eingespritzt und wirksam ist und einer Klopfbildung entgegenwirken kann. Ferner befindet sich die Einspritzdüse 21 für Kühlfluid auf der Einlassseite des Brennraums 10, so dass die Tumble-Bewegung der einströmenden Luft unterstützt wird. By injecting the cooling fluid in a substantially radial direction along a plane that is perpendicular to the cylinder axis Z, it is ensured that the cooling fluid in the combustion chamber 10 injected in the upper area and is effective and one Can counteract knocking. Furthermore, the injection nozzle is located 21 for cooling fluid on the inlet side of the combustion chamber 10 so that the tumble motion of the incoming air is supported.

Die Einspritzdüse 21 für Kühlfluid kann darüber hinaus weitere Austrittsöffnungen aufweisen, welche Austrittsachsen 29, 30 aufweisen, die in Richtung zum Zylindergehäuse 1 und/oder in Richtung zum Hubkolben ausgerichtet sind. Dies kann erforderlich sein, wenn eine bestimmte Menge an Kühlfluid eingespritzt werden muss, um einen ausreichenden Kühleffekt zu erzielen und die Austrittsöffnungen, die in Richtung zum Zylinderkopf 4 ausgerichtet sind, nicht ausreichen, diese Menge an Kühlfluid auszustoßen. Da der räumliche Platz zum Vorsehen von Austrittsöffnungen in ähnlicher Ausrichtung an der Einspritzdüse begrenzt ist, müssen in diesem Fall eventuell ein oder mehrere weitere Austrittsöffnungen vorgesehen werden, deren Austrittsachsen nicht zum Zylinderkopf 4 hin ausgerichtet sind. The injector 21 for cooling fluid can also have further outlet openings, which outlet axes 29 . 30 pointing towards the cylinder housing 1 and / or are aligned in the direction of the reciprocating piston. This may be necessary if a certain amount of cooling fluid has to be injected in order to achieve a sufficient cooling effect and the outlet openings, which are towards the cylinder head 4 are not sufficient to expel this amount of cooling fluid. Since the spatial space for providing outlet openings is limited in a similar orientation to the injection nozzle, in this case, one or more additional outlet openings may have to be provided, the exit axes not to the cylinder head 4 are aligned.

Wenn weitere Austrittsöffnungen, die nicht zum Zylinderkopf 4 hin ausgerichtet sind, vorgesehen werden müssen, sollte jedoch die Menge an Kühlfluid, welches durch diese weiteren Austrittsöffnungen ausgestoßen wird, gegenüber derjenigen Menge an Kühlfluid, welche durch die Austrittsöffnungen, die zum Zylinderkopf 4 hin ausgerichtet sind, vermindert sein. Dies kann dadurch erzielt werden, dass mehr Austrittsöffnungen vorgesehen sind, die zum Zylinderkopf 4 hin ausgerichtet sind, als weitere Austrittsöffnungen, die nicht zum Zylinderkopf 4 hin ausgerichtet sind. Eine alternative oder zusätzliche Maßnahme kann darin bestehen, dass die Summe der Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen, die in Richtung zum Zylinderkopf 4 ausgerichtet sind, größer ist als die Summe der Querschnittsflächen aller weiteren Austrittsöffnungen, die nicht in Richtung zum Zylinderkopf 4 ausgerichtet sind. If more outlets, not to the cylinder head 4 However, should the amount of cooling fluid, which is discharged through these further outlet openings, compared to that amount of cooling fluid, which through the outlet openings, the cylinder head 4 are aligned, be reduced. This can be achieved in that more outlet openings are provided, the cylinder head 4 are aligned, as more outlet openings, not to the cylinder head 4 are aligned. An alternative or additional measure may be that the sum of the cross-sectional areas of all the outlet openings, which are in the direction of the cylinder head 4 are aligned, is greater than the sum of the cross-sectional areas of all other outlet openings, not in the direction of the cylinder head 4 are aligned.

Somit wird vermieden, dass das Einspritzen von Kühlfluid der Tumble-Bewegung entgegenwirkt. Thus, it is avoided that the injection of cooling fluid counteracts the tumbling motion.

3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Hubkolbenmotor gemäß 1. In der Aufsicht ist ersichtlich, dass die Einspritzdüse 21, die sich in einer Ausnehmung 28 des Zylinderkopfes 4 befindet, zwei Austrittsöffnungen aufweist, welche zwei Einspritzstrahlen entlang zweier Einspritzkegel 24, 24‘ bilden. Die Austrittsachsen 26, 26‘ der Einspritzdüse 21 sind derart angeordnet, dass diese die Zylinderachse Z mit Abstand kreuzen. Die Austrittsachsen 26, 26‘ sind zudem derart ausgerichtet, dass es keine Überdeckung der Einspritzkegel 24, 24‘ mit der Zündkerze 19 gibt. Somit wird vermieden, dass die Zündkerze 19 mit Kühlfluid angespritzt wird. 3 schematically shows a plan view of the reciprocating engine according to 1 , In the supervision it can be seen that the injector 21 that are in a recess 28 of the cylinder head 4 has two outlet openings, which two injection jets along two injection cone 24 . 24 ' form. The exit axes 26 . 26 ' the injector 21 are arranged such that they intersect the cylinder axis Z at a distance. The exit axes 26 . 26 ' are also aligned so that there is no overlap of the injection cone 24 . 24 ' with the spark plug 19 gives. This will avoid the spark plug 19 is sprayed with cooling fluid.

Die 3 ist eine schematische Darstellung, wobei die Einlass- und Auslasskanäle nicht dargestellt sind. In den in 3 dargestellten beiden linken Quadranten befinden sich je Quadrant ein Einlasskanal mit einem Einlassventil. In den beiden rechten Quadranten befinden sich je Quadrant ein Auslasskanal mit einem Auslassventil. The 3 is a schematic representation, wherein the inlet and outlet ports are not shown. In the in 3 The two left quadrants shown have an inlet channel with an inlet valve per quadrant. In the two right quadrants are located per quadrant an outlet channel with an outlet valve.

Die 4 und 5 zeigen einen Querschnitt und eine Draufsicht eines schematisch dargestellten Hubkolbenmotors im Bereich einer Brennkammer 10. Der Übersichtlichkeit halber sind die Einlasskanäle und die Auslasskanäle nicht dargestellt. Ebenso ist der Hubkolben nicht dargestellt. Bauteile, die mit Bauteilen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und dort beschrieben. The 4 and 5 show a cross section and a plan view of a schematically illustrated reciprocating engine in the region of a combustion chamber 10 , For the sake of clarity, the inlet channels and the outlet channels are not shown. Likewise, the reciprocating piston is not shown. Components that correspond to components of the first embodiment are provided with the same reference numerals and described there.

Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil 18 in der Ausnehmung 28, also seitlich versetzt zur Zylinderachse Z. Zentral im oberen Bereich des Brennraums 10 befindet sich die Einspritzdüse 21 für Kühlfluid. Die Einspritzdüse 21 spritzt Kühlfluid in zwei Einspritzkegeln 24, 24‘ aus, welche in Richtung zur Brennraumwand 12 des Zylinderkopfes 4 ausgerichtet sind. In 5 ist erkennbar, dass die Einspritzkegel 24, 24‘ derart ausgerichtet sind, dass die Zündkerze 19, die sich an derselben Stelle befindet, wie im ersten Ausführungsbeispiel, nicht in einem der Einspritzkegel 24, 24‘ befindet und somit nicht mit Kühlfluid angespritzt wird. In dem gezeigten Beispiel erstrecken sich die Einspritzkegel 24, 24‘ in Umfangsrichtung jeweils über einen Quadranten, also etwa über einen Winkel von 90 Grad. Hier sind auch mehr als zwei Einspritzkegel 24, 24‘ denkbar, die in Umfangsrichtung schmaler ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die Einspritzkegel die Zündkerze seitlich mit Abstand passieren. Unlike the first embodiment, the fuel injection valve is located 18 in the recess 28 , So laterally offset to the cylinder axis Z. Central in the upper region of the combustion chamber 10 is the injector 21 for cooling fluid. The injector 21 injects cooling fluid into two injection cones 24 . 24 ' off, which towards the combustion chamber wall 12 of the cylinder head 4 are aligned. In 5 it can be seen that the injection cone 24 . 24 ' are aligned such that the spark plug 19 which is located at the same location as in the first embodiment, not in one of the injection cone 24 . 24 ' is located and thus not sprayed with cooling fluid. In the example shown, the injection cones extend 24 . 24 ' in the circumferential direction in each case over a quadrant, that is approximately over an angle of 90 degrees. Here are also more than two injection cone 24 . 24 ' conceivable, which are formed narrower in the circumferential direction, wherein preferably the injection cone pass the spark plug laterally at a distance.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Zylindergehäuse cylinder housing
2 2: Zylinderbohrung bore
3 3: Oberseite top
4 4: Zylinderkopf cylinder head
5 5: Zylinderkopfdichtung Cylinder head gasket
6 6: Hubkolben reciprocating
7 7: Pleuel pleuel
8 8th: Kurbel crank
9 9: Kurbelwelle crankshaft
10 10: Brennraum combustion chamber
11 11: Brennraumwand des Zylindergehäuses Combustion chamber wall of the cylinder housing
12 12: Brennraumwand des Zylinderkopfes Combustion chamber wall of the cylinder head
13 13: Kolbenfläche piston area
14 14: Einlasskanal inlet channel
15 15: Einlassventil intake valve
16 16: Auslasskanal exhaust port
17 17: Auslassventil outlet valve
18 18: Kraftstoffeinspritzventil Fuel injection valve
19 19: Zündkerze spark plug
20 20: Kraftstoffeinspritzstrahl Fuel injection jet
21 21: Einspritzdüse für Kühlfluid Injector for cooling fluid
22 22: Einspritzstrahl des Kühlfluids Injection jet of the cooling fluid
23 23: Einspritzkegel des Kraftstoffeinspritzstrahls Injection cone of the fuel injection jet
24, 24‘ 24, 24 ': Einspritzkegel des Einspritzstrahls des Kühlfluids Injection cone of the injection jet of the cooling fluid
25 25: Austrittsachse des Kraftstoffeinspritzventils Exit axis of the fuel injection valve
26, 26‘ 26, 26 ': Austrittsachse der Einspritzdüse für Kühlfluid Exit axis of the injection nozzle for cooling fluid
27 27: Austrittsöffnung outlet opening
28 28: Ausnehmung recess
29 29: Austrittsachse in Richtung Zylindergehäuse Exit axis in the direction of the cylinder housing
30 30: Austrittsachse in Richtung Hubkolben Exit axis in the direction of the reciprocating piston
Z Z: Zylinderachse cylinder axis
K K: Kurbelwellenachse crankshaft axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3401143 C2 [0005] DE 3401143 C2 [0005]
WO 2016/055413 A1 [0006] WO 2016/055413 A1 [0006]
DE 102012206242 A1 [0007] DE 102012206242 A1 [0007]
US 2014/0331642 A1 [0008] US 2014/0331642 A1 [0008]
DE 102012206307 A1 [0009] DE 102012206307 A1 [0009]
WO 2010/036095 A1 [0010] WO 2010/036095 A1 [0010]

Claims

Hubkolbenmotor umfassend: zumindest einen Brennraum (10), ein Zylindergehäuse (1) mit einer Zylinderbohrung (2) je Brennraum (10), je Zylinderbohrung (2) einen in der Zylinderbohrung (2) geführten Hubkolben (6), einen Zylinderkopf (4), der die zumindest eine Zylinderbohrung (2) überdeckt, und zumindest eine Einspritzdüse (21) für Kühlfluid zum Einspritzen des Kühlfluids in den Brennraum (10), wobei die Einspritzdüse (21) in dem Zylinderkopf (4) sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (21) derart angeordnet ist, dass sie zumindest einen Einspritzstrahl (22) des Kühlfluids ausschließlich in Richtung zum Zylinderkopf (4) spritzt. Reciprocating engine comprising: at least one combustion chamber ( 10 ), a cylinder housing ( 1 ) with a cylinder bore ( 2 ) per combustion chamber ( 10 ), per cylinder bore ( 2 ) one in the cylinder bore ( 2 ) guided reciprocating piston ( 6 ), a cylinder head ( 4 ), the at least one cylinder bore ( 2 ), and at least one injection nozzle ( 21 ) for cooling fluid for injecting the cooling fluid into the combustion chamber ( 10 ), wherein the injection nozzle ( 21 ) in the cylinder head ( 4 ), characterized in that the injection nozzle ( 21 ) is arranged such that it has at least one injection jet ( 22 ) of the cooling fluid exclusively in the direction of the cylinder head ( 4 ) splashes.

Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) für Kühlfluid zumindest eine Austrittsöffnung (27) aufweist, wobei die Austrittsöffnung (27) in einen der Brennräume (10) mündet und eine Austrittsachse (26, 26‘) aufweist, entlang derer ein Einspritzstrahl (22) des Kühlfluids aus der Austrittsöffnung (27) austritt, und dass die Austrittsachse (26, 26‘) zumindest einer der Austrittsöffnungen (27) in Richtung zum Zylinderkopf (4) ausgerichtet ist. Piston engine according to claim 1, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) for cooling fluid at least one outlet opening ( 27 ), wherein the outlet opening ( 27 ) in one of the combustion chambers ( 10 ) and an exit axis ( 26 . 26 ' ), along which an injection jet ( 22 ) of the cooling fluid from the outlet opening ( 27 ), and that the exit axis ( 26 . 26 ' ) at least one of the outlet openings ( 27 ) in the direction of the cylinder head ( 4 ) is aligned.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsachse (26, 26‘) zumindest einer der Austrittsöffnungen (27) in einem Winkel von weniger als 30 Grad zu einer Ebene, die rechtwinklig zur Zylinderachse (Z) angeordnet ist, ausgerichtet ist. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet axis ( 26 . 26 ' ) at least one of the outlet openings ( 27 ) at an angle of less than 30 degrees to a plane perpendicular to the cylinder axis (Z).

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsachse (26, 26‘) parallel zur Ebene oder von dem Hubkolben (6) weggerichtet ist. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet axis ( 26 . 26 ' ) parallel to the plane or from the reciprocating piston ( 6 ) is directed away.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsachse (26, 26‘) seitlich beabstandet zu einer Zündkerze (19) im Brennraum (10) angeordnet ist. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet axis ( 26 . 26 ' ) laterally spaced to a spark plug ( 19 ) in the combustion chamber ( 10 ) is arranged.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) mindestens zwei Austrittsöffnungen (27) aufweist, deren Austrittsachsen (26, 26‘) in Richtung zum Zylinderkopf (4) ausgerichtet sind. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) at least two outlet openings ( 27 ) whose exit axes ( 26 . 26 ' ) in the direction of the cylinder head ( 4 ) are aligned.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) höchstens zwei Austrittsöffnungen (27) aufweist, deren Austrittsachsen (29, 30) in Richtung zum Zylindergehäuse (1) oder in Richtung zum Hubkolben (6) ausgerichtet sind. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) at most two outlet openings ( 27 ) whose exit axes ( 29 . 30 ) in the direction of the cylinder housing ( 1 ) or in the direction of the reciprocating piston ( 6 ) are aligned.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) mehr Austrittsöffnungen (27) aufweist, deren Austrittsachsen (26, 26‘) in Richtung zum Zylinderkopf (4) ausgerichtet sind, als Austrittsöffnungen, deren Austrittsachsen (29, 30) in Richtung zum Zylindergehäuse (1) oder in Richtung zum Hubkolben (6) ausgerichtet sind. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) more outlet openings ( 27 ) whose exit axes ( 26 . 26 ' ) in the direction of the cylinder head ( 4 ), as outlet openings whose outlet axes ( 29 . 30 ) in the direction of the cylinder housing ( 1 ) or in the direction of the reciprocating piston ( 6 ) are aligned.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen (27), deren Austrittsachsen (26, 26‘) in Richtung zum Zylinderkopf (4) ausgerichtet sind, größer ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Austrittsöffnungen, deren Austrittsachsen (29, 30) in Richtung zum Zylindergehäuse (1) oder in Richtung zum Hubkolben (6) ausgerichtet sind. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the sum of the cross-sectional areas of all outlet openings ( 27 ), whose exit axes ( 26 . 26 ' ) in the direction of the cylinder head ( 4 ) is greater than the sum of the cross-sectional areas of all outlet openings whose outlet axes ( 29 . 30 ) in the direction of the cylinder housing ( 1 ) or in the direction of the reciprocating piston ( 6 ) are aligned.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) für Kühlfluid seitlich versetzt zu einer Zylinderachse (Z) der jeweiligen Zylinderbohrung (2) angeordnet ist. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) for cooling fluid laterally offset to a cylinder axis (Z) of the respective cylinder bore ( 2 ) is arranged.

Hubkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) auf der Seite zumindest eines Einlassventils (15) des Brennraums (10) angeordnet ist. Piston engine according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) on the side of at least one inlet valve ( 15 ) of the combustion chamber ( 10 ) is arranged.

Hubkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einspritzdüse (21) auf der Zylinderachse (Z) der jeweiligen Zylinderbohrung (2) angeordnet ist. Piston engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one injection nozzle ( 21 ) on the cylinder axis (Z) of the respective cylinder bore ( 2 ) is arranged.

Verfahren zum Einspritzen eines Kühlfluids in einen Brennraum (10) eines Hubkolbenmotors nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid von der zumindest einen Einspritzdüse (21) in zumindest einem sich von der Einspritzdüse (21) erweiternden Einspritzstrahl (22) eingespritzt wird, wobei der Einspritzstrahl (22) an der Einspritzdüse (21) einen Einspritzkegel (24, 24‘) bildenden Öffnungswinkel aufweist, und dass der Einspritzkegel (24, 24‘) in seiner Verlängerung ausschließlich auf eine Brennraumwand (12) des Zylinderkopfes (4) trifft. Method for injecting a cooling fluid into a combustion chamber ( 10 ) of a reciprocating engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling fluid from the at least one injection nozzle ( 21 ) in at least one of the injection nozzle ( 21 ) expanding injection jet ( 22 ) is injected, wherein the injection jet ( 22 ) at the injection nozzle ( 21 ) an injection cone ( 24 . 24 ' ) has opening angle, and that the injection cone ( 24 . 24 ' ) in its extension exclusively on a combustion chamber wall ( 12 ) of the cylinder head ( 4 ) meets.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid in mehreren Einspritzungen eingespritzt wird. A method according to claim 13, characterized in that the cooling fluid is injected in a plurality of injections.

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der mehreren Einspritzungen vor einem Kurbelwinkel von 60 Grad vor dem Zünd-OT endet. A method according to claim 14, characterized in that a first of the plurality Injections before a crank angle of 60 degrees before the ignition TDC ends.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine letzte der mehreren Einspritzungen nach einem Kurbelwinkel von 60 Grad vor dem Zünd-OT endet. Method according to one of claims 14 or 15, characterized in that a last of the plurality of injections ends after a crank angle of 60 degrees before the ignition TDC.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass alle Einspritzungen von Kühlfluid vor einer Einspritzung von Kraftstoff enden oder nach der Einspritzung von Kraftstoff beginnen. Method according to one of claims 14 to 16, characterized in that all injections of cooling fluid end before injection of fuel or start after the injection of fuel.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung von Kühlfluid nach dem Beginn des Schließvorgangs zumindest eines Einlassventils beginnt. Method according to one of claims 14 to 17, characterized in that the injection of cooling fluid begins after the beginning of the closing operation of at least one inlet valve.

Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzungen von Kühlfluid frühestens bei einer Ventilhebung von 2 Millimetern des zumindest einen Einlassventils (15) beginnen. A method according to claim 18, characterized in that the injections of cooling fluid at the earliest at a valve lift of 2 millimeters of the at least one inlet valve ( 15 ) kick off.