DE19849113A1

DE19849113A1 - Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19849113A1
Application number: DE1998149113
Authority: DE
Inventors: Petra Schaefer; Janusz Kwiatkowski; Johannes Leweux
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-10-24
Filing date: 1998-10-24
Publication date: 2000-05-04

Abstract

Bekannte Brennstoffzuführsysteme besitzen einen gemeinsamen Verteiler, in welchem Brennstoff und Luft zu Einblaseventilen transportiert wird. Der Verteiler stellt ein äußerst komplexes Bauteil dar, zu dessen Herstellung ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich ist. DOLLAR A Es wird ein Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das zumindest ein in einem Zylinderkopf angeordnetes Einblaseventil besitzt, dem Brennstoff und ein gasförmiges Medium unter Druck zugeführt wird. Mittels des Einblaseventils erfolgt die Abgabe eines Brennstoff-Medium-Gemisches direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine. Im Zylinderkopf ist ein Kanal ausgebildet, in welchem das gasförmige Medium zu dem zumindest einen Einblaseventil strömen kann. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem ist für fremdgezündete Brennkraftmaschinen vorgesehen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist bereits ein Brennstoffzuführsystem bekannt(EP 0 308 467 B1), das eine an einem Zylinderkopf angebrachte Verteilerleiste besitzt, in welchem sowohl Brennstoff als auch Luft unter Druck zu im Zylinderkopf teilweise untergebrachten Einblaseventilen geführt wird. Hierzu sind in der Verteilerleiste entsprechende Brennstoffleitungen und Luftleitungen zu den Einblaseventilen vorgesehen. Jedes Einblaseventil weist ein in konventioneller Weise aufgebautes, elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil auf, das Brennstoff in eine innerhalb des Einblaseventils vorgesehene Gemischbildungskammer abgibt. Der in der Gemischbildungskammer befindliche Brennstoff wird anschließend mit komprimierter Luft aufbereitet und dort teilweise verdampft. Der so aufbereitete Brennstoff gelangt in einen Abgabebereich des Einblaseventils, der ein elektromagnetisch betätigbares Ventil umfaßt. In einer Offenstellung eines Ventilschließkörpers des Einblaseventils wird anschließend mit relativ niedrigem Druck von beispielsweise 7 bis 8 bar das in der Gemischbildungskammer befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch aus einer Austrittsöffnung des Einblaseventils direkt in die Brennkammer ausgeblasen.

Der Verteiler ist sowohl für die Brennstoff- als auch für die Luftversorgung der Einblaseventile vorgesehen und stellt ein äußerst komplexes Bauteil dar, zu dessen Herstellung ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich ist.

Die vorgesehene gemeinsame Zufuhr von Brennstoff und Luft in einem gemeinsamen Bauteil bzw. Verteiler hat außerdem den Nachteil, daß es bei niedrigen Temperaturen in den Luftleitungen des Verteilers, insbesondere nach dem Starten der Brennkraftmaschine, durch den kalten Brennstoff im Verteiler zu einer Kondensatbildung und Vereisung des in den Luftleitungen enthaltenen Wassers kommen kann.

Des weiteren ergibt sich bedingt durch die räumliche Nähe der Luftleitungen zu den Brennstoffleitungen im Verteiler, daß im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine eine unerwünschte Erwärmung des Brennstoffs durch die von einem Verdichter komprimierte und erwärmte Luft in den Luftleitungen stattfindet. Dies hat zur Folge, daß es, über einen am Verteiler vorgesehenen Rücklauf des Brennstoffs zu einem Brennstofftank der Brennkraftmaschine, zu einer verstärkten Aufheizung des Brennstoffs im Brennstofftank kommt. Eine Aufheizung des Brennstoffs im Brennstofftank bewirkt eine verstärkte Verdampfung des Brennstoffs im Brennstofftank, wodurch ein üblicherweise vorhandenes Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem für den Brennstofftank stärker belastet wird.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Verteiler zur Versorgung der Einblaseventile erheblich einfacher aufgebaut ist, was eine einfachere und kostengünstigere Herstellungsweise und Montage des Verteilers ermöglicht.

Besonders vorteilhaft ist, daß, insbesondere nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, keine Gefahr einer Kondensatbildung und Vereisung im Verteiler besteht. Von Vorteil ist außerdem, daß keine Aufheizung durch von dem Verteiler in einen Brennstofftank zurückgeführten Brennstoff stattfindet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffzuführsystems für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf mit eingebrachtem Einblaseventil gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Schnitt durch den Zylinderkopf mit eingebrachtem Einblaseventil gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 1, in welchem ein Einblaseventil 2 eingebracht ist. Das Einblaseventil 2 verfügt über ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil 3 bekannter Bauart, das Brennstoff in eine Gemischbildungskammer 5 oder in einen Gemischbildungsbereich des Einblaseventils 2 abgeben kann. In der Gemischbildungskammer 5 bzw. im Gemischbildungsbereich wird der vom Brennstoffeinspritzventil 3 abgegebene Brennstoff und ein in die Gemischbildungskammer 5 bzw. in den Gemischbildungsbereich unter Druck zugeführtes gasförmiges Medium gemischt, um so den Brennstoff in der Gemischbildungskammer 5 bzw. im Gemischbildungsbereich teilweise zu verdampfen. Der so aufbereitete Brennstoff gelangt in einen Abgabebereich 8 des Einblaseventils 2, der ein elektromagnetisch betätigbares Ventil umfaßt. Das Einblaseventil 2 besitzt in einem Abspritzteil 9 einen nicht näher dargestellten Ventilschließkörper, der auf einen Ventilsitz einwirkt, um eine Strömungsverbindung von der Gemischbildungskammer 5 zu einer Austrittsöffnung 10 des Einblaseventils 2 öffnen bzw. schließen zu können. In Offenstellung des Ventilschließkörpers des Einblaseventils 2 kann der in der Gemischbildungskammer 5 aufbereitete Brennstoff von der Gemischbildungskammer 5 über die Strömungsverbindung in Form eines gut aufbereiteten Brennstoff-Medium-Gemisches aus der Austrittsöffnung 10 des Einblaseventils 2 direkt in einen Brennraum 11 eines Zylinders 14 der Brennkraftmaschine ausgeblasen werden. In dem Zylinder 14 ist in bekannter Weise ein nicht näher dargestellter Kolben bewegbar untergebracht. Bei dem gasförmigen Medium kann es sich um Luft oder um Luft mit vermischtem Abgas oder aber auch um Luft mit vermischtem Brennstoff handeln. Es liegt somit eine Brennkraftmaschine mit innerer Gemischbildung in Verbindung mit einem luftunterstützten Einspritzsystem vor. Der Aufbau und die Betriebsweise derartiger Einblaseventile ist dem Fachmann zum Beispiel auch aus dem SAE-Paper 98P-136, 1988, Rodney Houston, Geoffrey Cathcart, Orbital Engine Company, Perth, Western Australia, "Combustion and Emissions Characteristics of Orbital's Combustion Process Applied to Multi-Cylinder Automotive Direct Injected 4-Stroke Engines", Seiten 1-12, hinreichend bekannt.

Ein Brennstoffanschluß 15 des Brennstoffeinspritzventils 3 des Einblaseventils 2 ist vorzugsweise über einen Brennstoffverteiler (fuel-rail) 16 an einen nicht näher dargestellten Brennstofftank der Brennkraftmaschine angeschlossen.

Das Einblaseventil 2 ist in einer abgestuften Aufnahmeöffnung 20 im Zylinderkopf 1 teilweise aufgenommen, wobei ein Steckanschluß 21 zur elektrischen Verbindung des Brennstoffeinspritzventils 3 sich außerhalb des Zylinderkopfes 1 befindet. Das Brennstoffeinspritzventil 3 steckt teilweise in einer Aufnahmehülse 30 und ist über einen ersten Dichtring 40 am Brennstoffeinspritzventil 3 in der Aufnahmehülse 30 abgedichtet aufgenommen. Eine Abspritzöffnung 38 des Brennstoffeinspritzventils 3 mündet in einen zylindrisch ausgebildeten Teil 24 des Einblaseventils 2. Die Aufnahmehülse 30 umgibt den zylindrisch ausgebildeten Teil 24 des Einblaseventils 2 mit radialem Abstand. Im Innern des zylindrisch ausgebildeten Teils 24 des Einblaseventils 2 stromab der Abspritzöffnung 38 des Brennstoffeinspritzventils 3 befindet sich die Gemischbildungskammer 5. Die Aufnahmehülse 30 des Einblaseventils 2 besitzt im Bereich des zylindrisch ausgebildeten Teils 24 des Einblaseventils 2 mehrere, in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete, am Umfang der Aufnahmehülse 30 gleichmäßig verteilte Öffnungen, die zum Beispiel in Form von Schlitzen 25 oder Querbohrungen ausgebildet sind. Außerhalb des Zylinderkopfes 1 ist in Nähe des Steckanschlusses 21 des Brennstoffeinspritzventils 3 ein zweiter elektrischer Steckanschluß 32 für das Einblaseventil 2 vorgesehen, der beispielsweise einstückig mit der beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Aufnahmehülse 30 ausgebildet ist. Der elektrische Steckanschluß 32 dient zur elektrischen Verbindung der elektrischen Komponenten des Einblaseventils 2, wie zum Beispiel einer Spule zur Betätigung des Ventilschließkörpers. Die Aufnahmehülse 30 ist teilweise im Zylinderkopf 1 und zum Beispiel teilweise in einem an den Zylinderkopf 1 anschließenden Nockenwellengehäuse 12 der Brennkraftmaschine aufgenommen. Zur Abdichtung der Aufnahmehülse 30 im Nockenwellengehäuse 12 ist im Nockenwellengehäuse 12 ein zweiter Dichtring 41 in einer Nut 17 vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist im Zylinderkopf 1 ein Kanal 35 ausgebildet, der eine Strömungsverbindung der einzelnen Gemischbildungskammern 5 der Einblaseventile 2 zu einem nicht näher dargestellten Anschluß für das gasförmige Medium am Zylinderkopf 1 herstellt, in welchem ein nicht näher dargestellter Verdichter das gasförmige Medium unter Druck in den Kanal 35 fördert. Der Kanal 35 verläuft im Zylinderkopf 1 im wesentlichen quer zu einer Längsachse 4 des Einblaseventils 2. Bei dem Kanal 35 kann es sich um einen im Zylinderkopf 1 gegossenen oder um einen mechanisch bearbeiteten Kanal 35 handeln. Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine kann der Kanalverlauf derart gestaltet werden, daß die Aufnahmeöffnungen 20 im Bereich der Gemischbildungskammern 5 der Einblaseventile 2 direkt miteinander verbunden werden, so daß keine weiteren Bearbeitungsschritte für den Kanal 35 und an den Aufnahmeöffnungen 20 erforderlich sind. Ist dies aufgrund konstruktiver Gegebenheiten nicht möglich, so kann der Kanalverlauf derart gestaltet werden, daß der Kanal 35 die Aufnahmeöffnung 20 nur teilweise trifft bzw. durchdringt und diese, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, seitlich vergrößert. Denkbar ist aber auch, den Kanalverlauf so zu gestalten, daß die Aufnahmeöffnungen 20 der Einblaseventile 2 nicht getroffen werden bzw. daß der Kanal 35 außerhalb der Aufnahmeöffnungen 20 liegt, so daß einzelne Verbindungskanäle im Zylinderkopf 1 erforderlich sind, die vom Kanal 35 zu den Gemischbildungskammern 5 der Einblaseventile 2 verlaufen, um eine Verbindung der Gemischbildungskammern 5 mit dem Kanal 35 herzustellen.

Das von dem nicht näher dargestellten Verdichter geförderte gasförmige Medium strömt im Kanal 35 in die Aufnahmeöffnung 20 und über die Schlitze 25 der Aufnahmehülse 30 in die Gemischbildungskammer 5 des Einblaseventils 2. Um dabei eine gleichmäßige Einströmung vom Kanal 35 her über die Schlitze 25 am Umfang der Aufnahmehülse 30 zu ermöglichen, weist die Aufnahmehülse 30 eine umlaufende Außennut 31 auf, so daß in der Aufnahmeöffnung 20 ein Ringraum 37 entsteht, über den das gasförmige Medium vom Kanal 35 her gleichmäßig am Umfang über die Schlitze 25 der Aufnahmehülse 30 und zum Beispiel über vorgesehene Schlitze 26 im zylindrischen Teil 24 des Einblaseventils 2 in die Gemischbildungskammer 5 und von dieser weiter in den Abgabebereich 8 strömt. Zur Abdichtung des im Kanal 35 unter Druck stehenden Mediums im Zylinderkopf 1 ist ein dritter Dichtring 42 in einer Nut 43 der Aufnahmehülse 30 untergebracht, der hierzu an einer Innenwand der Aufnahmeöffnung 20 dicht anliegt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, liegt der dritte Dichtring 42 oberhalb des Ringraums 37.

Das Einblaseventil 2 ist über einen dem Brennraum 11 zugewandten, vierten Dichtring 44, der in einer Nut 47 am Abspritzteil 9 des Einblaseventils 2 eingebracht ist, abgedichtet in der einen kleineren Querschnitt aufweisenden Aufnahmeöffnung 20 untergebracht. In diesem einen kleineren Querschnitt aufweisenden Teil der Aufnahmeöffnung 20 verläuft das Abspritzteil 9 des Einblaseventils 2 mit dem Ventilschließkörper und dem Ventilsitz. Der vierte Dichtring 44 besteht beispielsweise aus Teflon und übernimmt zum Beispiel mit einem zusätzlichen fünften Dichtring 51, der in einer Nut 52 am Abspritzteil 9 untergebracht ist, eine Abdichtung des im Kanal 35 bzw. im Ringraum 37 unter Druck stehenden Mediums gegenüber dem Brennraum 11. Der fünfte Dichtring 51 befindet sich dabei weiter entfernt von der Austrittsöffnung 10 als der vierte Dichtring 44.

An einem ringförmigen Absatz 28 in der Aufnahmeöffnung 20, von dem ab die Aufnahmeöffnung 20 in den einen kleineren Querschnitt aufweisenden Teil übergeht, ist beispielsweise eine Tellerfeder 29 untergebracht, die das Einblaseventil 2 gegen den Brennstoffverteiler 16 drückt.

Bei einem Kaltstart kann sich das in dem Kanal 35 unter Druck stehende gasförmige Medium aufgrund der räumlichen Nähe zum Brennraum 14 und bedingt durch die thermische Einbindung im Zylinderkopf 1 sehr schnell erwärmen, wodurch die Gefahr einer Kondensatbildung oder einer Vereisung minimiert wird. Des weiteren wird durch die räumliche Trennung der Brennstoffzufuhr über den Brennstoffverteiler 16, die entfernt von der Zufuhr des gasförmigen Mediums in dem Kanal 35 des Zylinderkopfes 1 stattfindet, eine unerwünschte Aufheizung des Brennstoffs vermieden.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Brennstoffzuführsystems gezeigt, bei dem alle gleichen oder gleichwirkenden Teile mit denselben Bezugszeichen des ersten Ausführungsbeispiels gekennzeichnet sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmehülse 30 und das Einblaseventil 2 mit dem Abspritzteil 9 einteilig in Form eines gemeinsamen Bauteils 45 ausgebildet. Des weiteren ist dieses Bauteil 45 nahezu vollständig in den Zylinderkopf 1 eingebracht, wobei der Steckanschluß 21 des Brennstoffeinspritzventils 3 und der Steckanschluß 32 des Bauteils 45 sich beispielsweise in einer Ausnehmung 46 des Zylinderkopfes 1 befinden. Das Einblaseventil 2 ist mit seiner Austrittsöffnung 10 in bekannter Weise in unmittelbarer Nähe zu einer Zündkerze 50 der Brennkraftmaschine untergebracht.

Claims

1. Brennstoffzuführsystem für eine fremdgezündete Brennkraftmaschine, das zumindest ein in einem Zylinderkopf angeordnetes Einblaseventil besitzt, dem Brennstoff und ein gasförmiges Medium unter Druck zugeführt wird, um mittels des Einblaseventils ein Brennstoff-Medium-Gemisch direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinderkopf (1) ein Kanal (35) ausgebildet ist, in welchem das gasförmige Medium zu dem zumindest einen Einblaseventil (2) strömen kann.

2. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einblaseventile (2) im Zylinderkopf (1) vorgesehen sind und daß der Kanal (35) im Zylinderkopf (1) so verläuft, daß Gemischbildungskammern (5) der Einblaseventile (2) miteinander verbunden sind.

3. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (35) im Zylinderkopf (1) im wesentlichen quer zu einer Längsachse (4) des Einblaseventils (2) verläuft.

4. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblaseventil (2) eine Aufnahmehülse (30) aufweist, die Öffnungen (25) hat, welche eine Verbindung des Kanals (35) mit einer Gemischbildungskammer (5) des Einblaseventils (2) herstellen.

5. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (30) sich teilweise im Zylinderkopf (1) und sich teilweise außerhalb des Zylinderkopfes (1) befindet.

6. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (30) einen elektrischen Steckanschluß (32) außerhalb des Zylinderkopfes (1) aufweist, der eine elektrische Verbindung zu Komponenten des Einblaseventils (2) herstellt.

7. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (30) aus Kunststoff besteht.

8. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (30) sich teilweise innerhalb des Zylinderkopfes (1) und sich teilweise innerhalb eines auf den Zylinderkopf (1) aufsetzbaren Nockenwellengehäuse (12) der Brennkraftmaschine befindet.

9. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einblaseventile (2) vorgesehen sind und daß der Kanal (35) im Zylinderkopf (1) so verläuft, daß Gemischbildungskammern (5) der Einblaseventile (2) miteinander verbunden sind, wobei der Kanal (35) die Aufnahmeöffnungen (20) für die Einblaseventile (2) zumindest teilweise durchdringt.

10. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblaseventil (2) eine Aufnahmehülse (30) aufweist, die Öffnungen (25) hat, welche eine Verbindung des Kanals (35) mit einer Gemischbildungskammer (5) des Einblaseventils (2) herstellen, wobei die Aufnahmehülse (30) eine Außennut (31) hat, so daß ein Ringraum (37) die Öffnungen (25) umgibt.

11. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (35) eine Aufnahmeöffnung (20) für das Einblaseventil (2) im Zylinderkopf (1) durchdringt, wobei über zumindest zwei Dichtungen (42, 44) eine Abdichtung des vom Kanal (35) zu einer Gemischbildungskammer (5) des Einblaseventils (2) strömenden Mediums gegenüber der Umgebung und dem Brennraum (11) der Brennkraftmaschine erfolgt.

12. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Dichtung (42) in Form eines Dichtringes in einer Nut (43) einer Aufnahmehülse (30) für ein Brennstoffeinspritzventil (3) des Einblaseventils (2) und die andere Dichtung (44) in Form eines Dichtringes in einer Nut (47) eines Abspritzteils (9) des Einblaseventils (2) untergebracht sind.

13. Brennstoffzuführsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmehülse (30) einstückig Teil des Einblaseventils (2) ist.

14. Brennstoffzuführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Luft oder Luft mit versetztem Abgas oder Luft mit versetztem Brennstoff ist.