DE19754849B4

DE19754849B4 - Direkteinspritzende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19754849B4
Application number: DE19754849A
Authority: DE
Inventors: Alfred Ottowitz; Dietmar Wermuth; Thomas Schladt; Dirk Höfner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: DE19754849A1

Abstract

Direkteinspritzende Brennkraftmaschine, die pro Zylinder wenigstens ein Gaswechselventil und ein Einspritzventil aufweist, wobei das Einspritzventil benachbart zu dem wenigstens einen Gaswechselventil in der Brennraumkuppel des Zylinders positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumkuppel (4) in dem Bereich wo das Einspritzventil (3) positioniert ist, eine in den Brennraum hinein ragende Ausbuchtung (7) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, die pro Zylinder wenigstens ein Gaswechselventil und ein Einspitzventil aufweist, wobei das Einspritzventil benachbart zu dem wenigstens einen Gaswechselventil in der Brennraumkuppel des Zylinders positioniert ist.
Bei derzeitigen Brennkraftmaschinen besteht das Problem, dass der durch das Einspritzventil in den Brennraum eingespritzte und sich aufweitende Kraftstoffstrahl die Gaswechselventile benetzt. Die Benetzung der Gaswechselventile tritt insbesondere bei geöffneten Gaswechselventilen auf und beeinträchtigt die Gemischaufbereitung erheblich.
Um die Benetzung der Gaswechselventile zu vermeiden, kann der Winkel, mit dem sich der in den Brennraum eingespritzte Kraftstoffstrahl aufweitet, verkleinert werden oder kann die Richtung des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffstrahls abgelenkt werden, wie es beispielsweise in der Druckschrift US 5 605 125 A beschrieben ist. Diese Maßnahmen sind für die Gemischaufbereitung jedoch meist ungünstig.
Ferner besteht die Möglichkeit, das Einspritzventil weiter nach außen in den Randbereich der Brennraumkuppel zu verlegen. Im Randbereich der Brennraumkuppel herrschen aber geringere Strömungsgeschwindigkeiten, so dass die brennraumseitige Spitze des Einspritzventils während des Betriebs der Brennkraftmaschine stark verkokt, wie es in der Druckschrift EP 0 297 253 A1 beschrieben ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine zu konzipieren, welche das Benetzen der Gaswechselventile mit Kraftstoff verhindert, ohne dass der Winkel des eingespritzten Kraftstoffstrahls oder die Richtung des eingespritzten Kraftstoffstrahls oder die Richtung des eingespritzten Kraftstoffstrahls verändert werden muss. Gleichzeitig soll die direkteinspritzende Brennkraftmaschine kostengünstig herstellbar sein.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Indem die Brennraumkuppel in dem Bereich wo das Einspritzventil positioniert ist, eine in den Brennraum hinein ragende Ausbuchtung aufweist, kann das Einspritzventil tiefer in den Brennraum eingebracht werden. Folglich wird ein durch das tiefer eingebrachte Einspritzventil in den Brennraum eintretender, sich mit unverändertem Winkel und mit unveränderter Richtung aufweitender Kraftstoffstrahl die Gaswechselventile selbst dann nicht benetzen, wenn diese geöffnet sind. Damit tritt keine Beeinträchtigung der Gemischaufbereitung auf. Außerdem wird durch die tiefere Einbaulage des Einspritzventils erreicht, daß der Kraftstoffstrahl weiter in den Brennraum eindringen kann, was die Gemischaufbereitung positiv beeinflußt. Darüber hinaus wird dadurch, daß das Einspritzventil nicht nach außen in den Randbereich der Brennraumkuppel verschoben wird, erreicht, daß die Spitze des Einspritzventils in einem Bereich des Brennraums, wo eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit vorherrscht, angeordnet ist, was dazu führt, daß an der Spitze des Einspritzventils lediglich eine schwache Verkokung auftritt. Und schließlich stellt die Ausbuchtung, welche die Spitze des Einspritzventils seitlich umgibt, einen thermischen Schutz für das Einspritzventil dar.
Bevorzugt ist die Ausbuchtung strömungsgünstig ausgebildet. Denn dadurch wird die Gemischverwirbelung innerhalb des Brennraums kaum gestört. Die Ausbuchtung kann zum Beispiel linsenförmig ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Ausbuchtung die brennraumseitige Spitze des Einspritzventils auch dann aufnehmen, wenn das Einspritzventil gegenüber der Achse des Zylinders stark geneigt angeordnet ist.
Vorteilhaft ist die Ausbuchtung zwischen zwei nebeneinander liegenden Gaswechselventilen angeordnet. Denn speziell bei einer solchen Anordnung kann durch die Ausbuchtung eine Optimierung der Gemischaufbereitung erzielt werden.
Das Einspritzventil kann bezüglich der Lage der Ausbuchtung zur Achse des Zylinders hin versetzt angeordnet sein. Durch dieses Merkmal wird erreicht, daß das Einspritzventil noch tiefer in den Brennraum hinein ragt und somit noch strömungsgünstiger angeordnet ist.
Zweckmäßig ist das wenigstens eine Gaswechselventil ein Einlaßventil. Auf diese Weise kann zum Beispiel während des Ansaugtaktes, d. h. bei geöffnetem Einlaßventil, von dem zu dem Einlaßventil benachbarten Einspritzventil Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt werden, ohne daß es zu einer Benetzung des Einlaßventils kommt.
Alternativ kann das wenigstens eine Gaswechselventil jedoch auch ein Auslaßventil sein. Denn auf diese Weise kann auch zum Beispiel während des Auslaßtaktes, d. h. bei geöffnetem Auslaßventil, von dem zu dem Auslaßventil benachbarten Einspritzventil Kraftstoff in den Brennraum nacheingespritzt werden, ohne daß es dabei zu einer Benetzung des Auslaßventils kommt.
In einer besonderen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bildet die Ausbuchtung der Brennraumkuppel zusammen mit der Stirnseite des innerhalb des Zylinders befindlichen Kolbens eine Quetschzone. Dadurch kann die Ausbuchtung noch zusätzlich zu einer günstigen Gemischaufbereitung innerhalb des Brennraums der direkteinspritzenden Brennkraftmaschine beitragen.
Schließlich kann je nach Form und Größe der Ausbuchtung innerhalb derselben auch ein Kühlkanal vorgesehen sein, damit die Ausbuchtung eine zusätzliche Kühlung erfährt. Dieser Kühlkanal kann zum Beispiel als Ringkanal ausgeführt sein und die Spitze des Einspritzventils umgeben.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt eines Zylinders einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung; und
2 eine Ansicht des Zylinders aus 1, entlang der Linie II-II betrachtet.
Eine erfindungsgemäße direkteinspritzende Brennkraftmaschine weist einen Zylinder 1 auf, wobei zwei als Einlaßventile ausgebildete Gaswechselventile 2 und ein Einspritzventil 3 in der Brennraumkuppel 4 des Zylinders 1 vorgesehen sind. Innerhalb des Zylinders 1 der Brennkraftmaschine ist ein Hubkolben 5 beweglich angeordnet.
Die beiden Gaswechselventile 2 sind in der Brennraumkuppel 4 des Zylinders 1 dicht nebeneinander angeordnet. Dabei sind die Gaswechselventile 2 parallel zueinander angeordnet und zur Achse A des Zylinders 1 jeweils in einem Winkel von ca. 15 Grad geneigt angeordnet.
Das Einspritzventil 3 befindet sich in einer etwa mittigen Position zwischen den beiden Gaswechselventilen 2. Dabei ist das Einspritzventil 3 jedoch unter einem Winkel von ca. 45 Grad zur Achse A des Zylinders 1 geneigt angeordnet. An der brennraumseitigen Spitze 6 des Einspritzventils 3 tritt unter Hochdruck stehender Kraftstoff aus. Dieser Kraftstoff bildet einen kegelförmigen Strahl S, der sich in einem Winkel von ca. 70 Grad aufweitet. In 1 wird der Kraftstoffstrahl S ohne Bendwinkel in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt.
Die Brennraumkuppel 4 des Zylinders 1 ist annähernd rotationssymmetrisch ausgebildet und weist im Bereich zwischen den beiden Gaswechselventilen 2, wo das Einspritzventil 3 positioniert ist, eine in den Brennraum der Brennkraftmaschine hinein ragende Ausbuchtung 7 auf. Die Ausbuchtung 7 ist etwa linsenförmig ausgebildet und besitzt auf der zur Achse A des Zylinders 1 weisenden Seite eine Bohrung 8 für die brennraumseitige Spitze 6 des Einspritzventils 3.
Bedingt durch die in den Zylinder 1 hinein ragende Ausbuchtung 7 ist das Einspritzventil 3 gegenüber dem Stand der Technik wesentlich tiefer im Brennraum der Brennkraftmaschine angeordnet, so daß der sich aufweitende Kraftstoffstrahl S auch bei geöffneten Gaswechselventilen 2 problemlos an deren Ventilteller vorbei geführt werden kann und deshalb keine Benetzung der beiden Gaswechselventile 2 mit Kraftstoff auftritt.
Schließlich bildet die Ausbuchtung 7 in der Brennraumkuppel 4 zusammen mit dem korrespondierenden Bereich der Stirnseite des Kolbens 5 eine Quetschzone 9. Diese Quetschzone 9 dient dazu, ein in dem Zylinder 1 befindliches Gemisch zum Beispiel in Richtung zu einer nicht dargestellten ungefähr zentral im Zylinder 1 angeordneten Zündkerze zu bewegen.
Die vorliegende Erfindung kann ohne weiteres bei einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine mit einem oder mit mehr als zwei Gaswechselventilen Anwendung finden, wobei die Gaswechselventile nicht nur als Einlaßventile sondern auch als Auslaßventile ausgebildet sein können.

Claims

Direkteinspritzende Brennkraftmaschine, die pro Zylinder wenigstens ein Gaswechselventil und ein Einspritzventil aufweist, wobei das Einspritzventil benachbart zu dem wenigstens einen Gaswechselventil in der Brennraumkuppel des Zylinders positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumkuppel (4) in dem Bereich wo das Einspritzventil (3) positioniert ist, eine in den Brennraum hinein ragende Ausbuchtung (7) aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (7) strömungsgünstig ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (7) etwa linsenförmig ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (7) zwischen zwei nebeneinander liegenden Gaswechselventilen (2) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil (3) bezüglich der Lage der Ausbuchtung (7) zur Achse (A) des Zylinders (1) hin versetzt angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gaswechselventil (2) ein Einlaßventil ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Gaswechselventil (2) ein Auslaßventil ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (7) in der Brennraumkuppel (4) zusammen mit der Stirnseite des innerhalb des Zylinders (1) befindlichen Kolbens (5) eine Quetschzone (9) bildet.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Ausbuchtung (7) ein Kühlkanal vorgesehen ist.