DE3128543A1

DE3128543A1 - Brennkraftmaschine mit einspritzung

Info

Publication number: DE3128543A1
Application number: DE19813128543
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. 7120 Bietigheim Britsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-07-18
Filing date: 1981-07-18
Publication date: 1983-02-03
Also published as: JPS5825513A

Description

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Sp/Jä IO.6.I98I

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Brennkraftmaschine mit Einspritzung Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine "bekannte Brennkraftmaschine für einen Rennwagen der Daimler-Benz AG hat für jeden seiner Zylinder eine Einspritzdüse. Sie spritzt Brennstoff durch eine Öffnung, die sich in der Zylinderwand"befindet, hindurch. Die Öffnung wird von einem Kolben zeitweise überfahren und von diesem freigegeben, sobald er von seinem oberen Totpunkt aus etwa 22 % seiner Hubhöhe zurückgelegt hat. Bis zur Freigabe der Öffnung ist die Einspritzdüse vor brennenden Gasen geschützt, was sich vorteilhaft auf deren Lebensdauer auswirkt. Um eine gute Vermischung des Brennstoffs mit der Luft zu erreichen, ist die Einspritzdüse zu einem der Ventile hin aufwärts geneigt. Bei einer durch die DE-OS 27 27 357 bekannt gewordenen Brennkraftmaschine spritzt die Einspritzdüse ebenfalls Brennstoff durch eine Öffnung, die sich in der Zylinderwand befindet, hindurch. Der Kolben gibt diese Öffnung frei, wenn er etwa 27 % seines Arbeitshubes zurückgelegt hat. Die Einspritzdüse ist etwas abwärts geneigt und spritzt in Richtung der Zylinderwand. Dadurch wird be-

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sonders "bei kalter Brennkraftmaschine Öl von der Zylinderwand abgewaschen. Dies hat erhöhten Verschleiß zur Folge. Eine durch die DE-OS 30 19 U67 bekannt gewordene Brennkraftmaschine hat ebenfalls in jeder Zylinderwand eine Öffnung, durch die hindurch eine Einspritzdüse Brennstoff gegen einen Prallkörper spritzt. Der Prallkörper ist an der Trennstelle zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinder angeordnet. Eine Zündkerze befindet sich neben dem Prallkörper und entzündet Brennstoff, der von dem Prallkörper zerstäubt wird und^. sich mit Luft vermengt. Weil die Einspritzdüse gegen den Prallkörper spritzt, ist die Gefahr, daß Öl von der Zylinderwand abgewaschen wird, wesentlich geringer als bei der vorgenannten Brennkraftmaschine. Da aber die Öffnung näher beim oberen Totpunkt des Kolbens angeordnet ist, wird die Einspritzdüse brennenden Gasen langer ausgesetzt.

Durch die US-Patentschriften 39 90 4o8 und I)-O 18 192 sind Brennkraftmaschinen bekannt geworden, in die mittels in deren Zylinderköpfe eingebauter Einspritzdüsen Wasser eingespritzt wird. Das Einspritzen von Wasser bewirkt eine Innenkühlung der Brennkraftmaschine, verringert die Klopfneigung und die Gehalte an Stickoxiden und Ruß in den Abgasen und ermöglicht höhere Maschinenlexstungen. Koch höhere Maschinenlexstungen können wenigstens kurzzeitig erreicht werden, wenn anstelle von Wasser ein Wasser-Alkohol-Gemisch oder reiner Alkohol oder dergleichen verwendet wird. Weil aber das Mitführen eines Wasservorrats in einem Fahrzeug dessen Nutzlast verringert, soll möglichst nur zeitweilig und in geringen Mengen Wasser eingespritzt werden. Dadurch entsteht aber die Gefahr, daß die das Kühlmittel einspritzenden Düsen unzureichend gekühlt werden.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit dem kennzeichnenden Merkmal nach dem Hauptanspruch ist die Einspritzdüse länger vor heißen Brenngasen geschützt. Rußerdem sind die Entfernungen, die eingespritzter Brennstoff oder ein Kühlmittel innerhalb des Zylinders in Richtung des Zylinderkopfes zurücklegt, länger, so daß eine bessere Gemischaufbereitung bzw. Kühlung zustandekommt. Außerdem ist durch die erfindungsgemäße Anordnung der Öffnung die Einspritzdüse stärker zum Zylinderkopf hin neigbar, und eingespritzte Flüssigkeiten treffen in einem_für das Ettstehen von zündfähigem Gemisch oder Eühlnebel günstigeren Axfprallwinkel in dem Zylinderkopf auf. Dadurch ist es in den meisten Fällen unnötig, seither übliche Zylinderköpfe mit bewährten Brennraumformen durch Atbringen von besonderen Prallflächen umzugestalten und dadurch möglicherweise zu verschlechtern.

Das Ausführungsbeispiel nach dem Anspruch 2 nennt eine vorteilhafte Axsgestaltung einer Otto-Brennkraftmaschine, wobei es gleichgültig ist, ob diese nach dem U-Takt- oder z-Trkt-Prinzip arbeitet. Die Axsbildung nach dem Atspruch 3 bewirkt einerseits eine gute Gemischaufbereitung und rndererseits wird sichergestellt, daß an der Zündvorrichtung kein überfettes Gemisch gebildet und die Zündvorrichtung nicht zu sehr abgekühlt wird. Die Maßnahme nach dem Anspruch k bewirkt eine besonders günstige Aufbereitung des Brennstoffs für den Zündvorgang und schützt gleichzeitig wichtige Teile der Brennkraftmaschine wie deren Auslaßventile, die heißen Gasen besonders ausgesetzt sind. Das Ausbildungsbeispiel nach dem Anspruch 5 betrifft eine Brennkraftmaschine, bei der wenigstens die den heißen Gasen besonders stark ausgesetzten Einzelteile wie Aus-

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laßventile und Ränder von Gasauslaßöffnungen mittels eines Kühlmittels gekühlt und dadurch geschützt werden. Falls die Brennkraftmaschine nach dem Otto-Verfahren arbeitet, wird dadurch auch die Gefahr von Glühzündungen, die häufig von den Auslaßventilen ausgehen, beseitigt. Durch das Einspritzen von Wasser läßt sich, wie an sich schon bekannt, auch die Beschaffenheit der Abgase so verändern, daß ihr Gehalt an unerwünschten Bestandteilen wie Stickoxid oder Ruß geringer wird. Die nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 6 arbeitende Brennkraftmaschine hat den Vorteil, daß durch das Einspritzen von Wasser oder eines anderen Kühlmittels am Ende des Arbeitshubes das Gas abgekühlt wird, wodurch die Arbeit, die zum Ausschieben aus dem Zylinder notwendig ist, kleiner wird. Dies ergibt Einsparungen an Brennstoff. Gleichzeitig werden die Auslaßventile der Brennkraftmaschine besonders wirksam vor Überhitzung geschützt, wenn das Kühlmittel in Richtung dieser Ventile gespritzt wird. Falls eine Brennkraftmaschine lediglich von ihren Kolben gesteuerte Auslaßöffnungen hat, können deren Ränder durch entsprechende Ausrichtung der Einspritzdüse ebenfalls vor unerwünschter Erhitzung geschützt werden. Die Maßnahme nach dem Anspruch T bewirkt, daß nach dem Stillsetzen der Brennkraftmaschine das Kühlmittel von den Zylindern ferngehalten wird. Dadurch wird das Schmieröl der Brennkraftmaschine vor Verdünnung geschützt. Falls als Kühlmittel Wasser ohne Zusätze verwendet wird, so werden die Kolben der Brennkraftmaschine vor dem Festfrieren in den Zylindern geschützt.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung

näher erläutert. Es zeigen Fig.. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Brennstoffeinspritzung und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Kühlmitteleinspritzung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Brennkraftmaschine 2 nach der Fig. 1 hat. einen Zylinderkopf 3 und wenigstens einen Zylinder k und einen Kolben 5, der in dem Zylinder h auf- und abbewegbar ist zwischen einem unteren Totpunkt UT und einem oberen Totpunkt OT. Der Zylinderkopf 3 hat einen Einlaßkanal .6, ein Einlaßventil.T j einen Auslaßkanal 8 und ein Auslaßventil 9. Zwischen den Ventilen 7 u-nd 9 ist in dem Zylinderkopf 3 ein Brennraum 10 angeordnet. Der Kolben 5 hat eine ebene Oberseite 11, die entlang des Umfangs des Kolbens 5 eine ringförmig geschlossene Kolbenkante

12 bildet. Der Zylinder h hat eine. Wand 13.· In der Wand

13 befindet sich eine Öffnung \k. In diese Öffnung lh ragt eine Einspritzdüse 15 hinein. Die Öffnung 1^ hat vom oberen Totpunkt OT der Kolbenkante 12 in Richtung des unteren Totpunkts UT eine Entfernung von wenigstens 30 % der Hubhöhe des Kolbens 5· Die Öffnung lh und die Einspritzdüse 15 sind so zur Wand 13 geneigt, daß die Einspritzdüse 15 im wesentlichen in Richtung des Auslaßventils 9 spritzen kann. Die Einspritzdüse 15 ist über eine Leitung 16 an eine Brennstoffeinspritzpumpe

17 angeschlossen. Die Brennstoffeinspritzpumpe 17 wird in an sich bekannter Weise aus einem Brennstofftank

18 über ein Filter 19 versorgt. Die Brennkraftmaschine 2 ist mit einer Zündvorrichtung 20 ausgerüstet. Die Zündvorrichtung kann in an sich bekannter Weise als Zündkerze oder als Zündkammerkerze ausgebildet und in den Zylinderkopf 3 eingeschraubt sein.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 2 wird mittels der Einspritzpumpe 17 und der Einspritzdüse 3 5 dann Brennstoff durch den Zylinder k hindurch in Richtung des Brennraums 10 gespritzt, wenn während eines Ansaughubes oder eines Verdichtungshubes des Kolbens 5 dessen Oberseite 11, mindestens aber dessen Kolbenkante 12 sich unterhalb der Öffnung Ik befindet. Die Zündvorrichtung befindet sich so nahe bei dem Auslaßventil 9 bzw. einer Zone 21, daß in einem sich dort bildenden Luft-Brennstoff-Gemisch der Anteil des Brennstoffes hoch genug liegt, damit das Gemisch ohne Zündaussetzer sicher gezündet werden kann. Der Brennstoff, der in dem Brennraum, vorzugsweise auf dem Auslaßventil 9₅ aufprallt, bewirkt eine Kühlung des Auslaßventils 9 und auch des Zylinderkopfes 3. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 2 hohe Leistungen abgeben, ohne daß die Gefahr von überhitzung mit der Folge von Glühzündungen besteht. Aufgrund der großen Entfernung der Öffnung 14 von dem Brennraum 10 ist die Einspritzdüse 15 so ausrichtbar, daß zu zerstäubender Brennstoff im wesentlichen rechtwinklig gegen das Auslaßventil 9 oder angrenzende Zonen des Zylinderkopfes 3 trifft. Dadurch erfolgt eine besonders intensive Zerstäubung des Brennstoffs, und es besteht wenig Gefahr, daß Teilmengen des Brennstoffes am Auslaßventil 9 abwärts fließen und auf die Wand 13 gelangen.und dort Öl abwaschen. Weil die Entfernung von der Einspritzdüse 15 bis zu dem Brennraum 10 größer gewählt werden kann als der Durchmesser des Kolbens 5> besteht, je nach Gestaltung der Einspritzdüse 15, die Möglichkeit, Teilmengen des einzuspritzen den Brennstoffs bereits im Zylinder k mit Luft zu vermischen.

Die beschriebene Anordnung der Öffnung 1k und der Einspritzdüse 15 kann auch angewendet werden bei einer

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Brennkraftmaschine, die nach dem Zweitakt-Prinzip arbeitet

Im Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 ist die Einspritzdüse als Kühlmitteleinspritzdüse 25 ausgebildet. Sie ist über eine Leitung 26, ein Mehrwegeventil 27 und eine Leitung 28 an eine Kühlmittel-Pumpvorrichtung 29 angeschlossen. Die Einspritzdüse 25 wird mittels der Pumpvorrichtung 29 mit einem Kühlmittel 31, das aus einem Vorratsbehälter 30 entnommen wird, versorgt. Das Kühlmittel 31 kann aus gereinigtem Wasser, aus Alkohol oder dergleichen oder aus einem Gemisch bestehen. An das Mehrwegeventil 27 ist eine Entleerungsleitung 32, die in den Vorratsbehälter 30 führt, angeschlossen.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 2 ist das Mehrwegeventil 27 so eingestellt, daß die Kühlmittel-Pumpvorrichtung 29 das Kühlmittel 31 unter Druck zu der Einspritzdüse 25 fördert. Das Einspritzen des Kühlmittels 31 kann erfolgen, sobald während eines Ansaugehubes der Kolben 5 die Öffnung \k passiert hat. Das Einspritzen kann aber auch erfolgen während eines Verdichtungshubes, solange der Kolben 5 die Öffnung "\k noch nicht erreicht hat. Das Kühlmittel 31 kann aber auch während des Arbeitshubes des Kolbens 5 eingespritzt werden. In diesem Fall kann, wenn das Kühlmittel 31 aus Alkohol besteht oder solchen enthält, ein Luftüberschuß in dem Brennraum 10 und dem Zylinder k zum Zwecke der Leistungssteigerung verbraucht werden. Dies ergibt die

Möglichkeit, die Gastemperaturen zum Beginn eines Arbeitshubes zwecks Vermeidung von Stickoxiden niedrig zu halten und trotzdem hohe Spitzenleistungen aus der Brennkraftmaschine herauszuholen. Wenn das Kühlmittel

31 noch später im Arbeitstakt oder/und während des Ausschiebetaktes eingespritzt wird, bewirkt die dadurch erreichte Abkühlung von Gasen, daß die Arbeit, die zu ihrem Ausschieben notwendig ist, kleiner als bei üblichen Brennkraftmaschinen wird. Um eine gute Innenkühlung und große Luftmengen anzusaugen und um an Ausschiebearbeit zu sparen, kann sowohl während des Ansaugens als auch gegen Ende des Arbeitshubes und/oder zu Beginn des Ausschiebehubes eingespritzt werden. Beim Stillsetzen der Brennkraftmaschine wird das Mehrwegeventil 27 so umgeschaltet, daß Kühlmittel aus der Einspritzdüse 25 und der Leitung 26 drucklos durch die Entleerungsleitung

32 entweichen kann. Dadurch wird sichergestellt, daß nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine kein Kühlmittel mehr in den Zylinder k gelangt. Dadurch wird die Gefahr vermieden, daß das Schmieröl der Brennkraftmaschine verdünnt wird und daß bei Umgebungstemperaturen, die unterhalb der Gefriertemperatur des Kühlmittels liegen, der Kolben 5 an der Wand 13 angefriert. Außerdem wird vermieden, daß sich Kühlmittel oberhalb des Kolbens 5 in dem Zylinder h sammelt und bei erneutem Anlassen der Brennkraftmaschine zu einem sogenannten Flüssigkeitsschlag mit der Folge von Beschädigungen des Kolbens, des Pleuels und der Kurbelwelle führen kann. Solche Flüssigkeitsschläge wären sonst umso eher zu befürchten, je höher die Brenntmaschine verdichtet.

Wenn die Brennkraftmaschine mit Fremdzündung arbeitet, so kann zusätzlich zu der Kühlmitteleinspritzdüse 25, wie im ersten Ausführungsbeispiel· beschrieben, eine Brennstoffeinspritzdüse 15 eingebaut werden. Es ist aber auch möglich, nur eine Einspritzdüse zu verwenden und das Kühlmittel 31 dem Brennstoff 18' hinzuzumisehen.

Claims

Sp/Jä IO.6.I98I

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

5 Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf und wenigstens einem Zylinder und einem zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt beweglichen Kolben und mit einer von dem Kolben überfahrenen und zeitweilig freigegebenen, in der Wand des Zylinders angeordneten Öffnung, durch die hindurch eine Einspritzdüse zum Zylinderkopf hin spritzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (1U) vom oberen Totpunkt (OT) einer diese Öffnung (1U) überfahrenden Kolbenkante (12) eine Entfernung von wenigstens 30 % des Hubwegs des Kolbens (5) hat.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse als Brennstoffeinspritzdüse (15) ausgebildet und in Richtung einer Gemischaufbereitungszone (21), der eine Zündvorrichtung (20) zugeordnet ist, ausgerichtet ist.
3. Brennkraftmaschine nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung (20) an die Gemischaufbereitungszone (21) angrenzt.
k. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischaufbereitungszone (21) im Bereich eines Auslaßventils (9) angeordnet ist.
5· Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse als eine an eine Kühlmittelpumpvorrichtung (29) für Wasser und/oder Alkohol oder dergleichen angeschlossene Kühlmitteleinspritzdüse (25) ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (25) oder die Kühlmittelpumpvorrichtung (29) derart gesteuert wird, daß ein Einspritzen von Kühlmittel gegen Ende des Arbeitshubes und/oder zu Beginn des Ausschiebehubes des Kolbens (5) im wesentlichen in Richtung eines Gasauslasses (8, 9) erfolgt.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kühlmittelpumpvorrichtung (29) und der Einspritzdüse (25) ein Mehrwegeventil (27) angeordnet ist, und daß an das Mehrwegeventil (27) eine Entleerungsleitung (32) angeschlossen ist.