DE10035239A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A Ein Kurbelgehäuse mit wenigstens einer darin sich befindlichen Zylinderbohrung. Wenigstens einen in der wenigstens einen Zylinderbohrung eine oszillierende Bewegung ausführenden Kolben. Wenigstens einen Zylinderkopf mit wenigstens einem darin sich befindlichen Brennraum, der der wenigstens einen Zylinderbohrung zugeordnet ist. In dem wenigstens einen Zylinderkopf sind insgesamt fünf Gaswechselventile mit zugehörigen Ein- und Auslaßkanälen angeordnet. In einem sich in der Mitte des Brennraums zwischen den Gaswechselventilen befindlichen Bereich sind eine Zündkerze und eine Einspritzdüse angeordnet und auf den Brennraum zu gerichtet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung.

Aus der DE 197 16 642 C2 ist ein Mehrzylinder- Ottomotor mit Kraftstoff-Direkteinspritzung bekannt, der zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile aufweist, und bei dem eine Zündkerze etwa zentrisch angeordnet ist. Die Einspritzdüse mündet versetzt zur Zylinderachse zwischen einem Einlaßventil und dem gegenüberliegenden Auslaßventil in den Brennraum. Einen ähnlichen Stand der Technik zeigt auch die DE 197 20 490 A1. Derartige Brennkraftmaschinen werden meist mit einem sogenannten strahlgeführten Verbrennungsverfahren betrieben, bei dem die Einspritzdüse den Kraftstoff in Richtung der Zündkerze verteilt.

Nachteilig bei diesen bekannten Brennkraftmaschinen ist jedoch die Tatsache, daß für die Gaswechselventile und somit für das Ein- und Ausströmen von Gasen in und aus dem Brennraum prinzipbedingt nur eine verhältnis­ mäßig geringe Fläche zur Verfügung steht, was zu er­ heblichen Nachteilen im Ladungswechsel führt und somit nur relativ niedrige Drehmoment- und Leistungswerte erlaubt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung zu schaffen, bei welcher hohe Drehmoment- und Leistungs­ werte erreicht werden können und bei welcher gleich­ zeitig ein sogenanntes strahlgeführtes Verbrennungs­ verfahren möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen fünf Gaswechselventi­ le können vorteilhafterweise eine derartig große Flä­ che bezogen auf die gesamte Querschnittsfläche der zugehörigen Zylinderbohrung einnehmen, daß bezüglich des Ladungswechsels erhebliche Vorteile gegenüber be­ kannten Lösungen möglich sind, wodurch sich deutlich erhöhte Drehmoment- und Leistungswerte für die Brenn­ kraftmaschine ergeben.

Aufgrund der kreisförmigen Anordnung der fünf Gaswech­ selventile ergibt sich im Bereich der Brennraummitte ausreichend Raum zur Unterbringung von Zündkerze und Einspritzdüse. Um den hierfür erforderlichen Bauraum zu schaffen, ist eine mittige Anordnung von Zündkerze und Einspritzdüse bei einer geringeren Anzahl von Gas­ wechselventilen nur durch die Verringerung der gesam­ ten Querschnittsfläche der Gaswechselventile zu errei­ chen.

Durch die unmittelbare Nähe der Zündkerze und der Ein­ spritzdüse zueinander ist ein strahlgeführtes Verbren­ nungsverfahren beim Betrieb der Brennkraftmaschine möglich, was eine einfachere Konstruktion der Brenn­ kraftmaschine ermöglicht, insbesondere was die Brenn­ raumgeometrie und die Kolbenform anbelangt. Selbstver­ ständlich sind mit dem beschriebenen Aufbau jedoch auch andere Verfahren zum Betreiben der Brennkraftma­ schine möglich.

Insgesamt ergibt sich somit eine Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung, die bezüglich der Kom­ bination aus Leistungsfähigkeit und einfachem Aufbau einen sehr guten Kompromiß darstellt.

Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung die Zündkerze und die Einspritzdüse um einen be­ stimmten Winkel verdreht zu einer Längsachse des Zy­ linderkopfes angeordnet sind, so wird zum einen die Zugänglichkeit zu der Zündkerze und der Einspritzdüse verbessert und es ergeben sich zum anderen Vorteile bezüglich einer einfacheren Unterbringung der zur An­ steuerung der Gaswechselventile notwendigen Nockenwelle.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un­ teransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine stark schematisierte Ansicht einer Brenn­ kraftmaschine mit einer Zylinderbohrung und einem sich darin befindlichen Kolben;

Fig. 2 eine Draufsicht auf Teile des Zylinderkopfes der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;

Fig. 3 eine Ansicht des Brennraumdaches aus der Sicht der Zylinderbohrung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine;

Fig. 4 eine Ansicht auf mehrere Brennräume der erfin­ dungsgemäßen Brennkraftmaschine;

Fig. 5 eine Ansicht nach dem Pfeil V aus Fig. 4; und

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Zy­ linderkopf 2 und einem Kurbelgehäuse 3 in stark sche­ matischer Darstellung. Das Kurbelgehäuse 3 weist eine Zylinderbohrung 4 mit einem darin sich befindlichen, eine oszillierende Bewegung ausführenden Kolben 5 auf. Das vorliegende Kurbelgehäuse 3 ist mit mehreren Zy­ linderbohrungen 4 versehen, von denen jedoch nur eine dargestellt ist. Oberhalb des Kolbens 5 weist der Zy­ linderkopf 2 einen Brennraum 6 auf.

In Fig. 2 sind insgesamt fünf einem der Brennräume 6 zugeordnete Gaswechselventile 7, 8, 9, 10 und 11 der Brennkraftmaschine 1 erkennbar, die in nicht darge­ stellter, jedoch an sich bekannter Weise in dem Zylin­ derkopf 2 gelagert sind. Hierbei handelt es sich um drei Einlaßventile 7, 8 und 9 auf der einen Seite des Brennraumes 6 sowie zwei Auslaßventile 10 und 11 auf der anderen Seite. Die Einlaßventile 7, 8 und 9 werden von einer Einlaßnockenwelle 12 gesteuert, wohingegen die Auslaßventile 10, 11 von einer Auslaßnockenwelle 13 gesteuert werden.

In einem sich in der Mitte des Brennraums 6 zwischen den Einlaßventilen 7, 8 und 9 auf der einen Seite und den Auslaßventilen 10 und 11 auf der anderen Seite sich befindlichen Bereich 14 sind eine Zündkerze 15 und eine Einspritzdüse 16 angeordnet und auf den Brennraum 6 zu gerichtet. Zusätzlich sind die Zündker­ ze 15 und die Einspritzdüse 16 aufeinander zugerich­ tet. Durch diese räumliche Nähe der Zündkerze 15 zu der Einspritzdüse 16 ist mit sehr einfachen Mitteln ein sogenanntes strahlgeführtes Verfahren beim Ein­ spritzen von Benzin in den Brennraum 6 möglich.

Bei einem solchen strahlgeführten Verbrennungsverfah­ ren trifft der mittels der Einspritzdüse 16 einge­ spritzte Kraftstoff auf die Flamme der Zündkerze 15 und wird so entzündet. Da das strahlgeführte Verbren­ nungsverfahren an sich bereits bekannt ist, wird es im folgenden nicht näher beschrieben. Das gleiche gilt auch für die aus diesem Verfahren resultierenden Vor­ teilen. Selbstverständlich sind durch die beschriebene Anordnung der Gaswechselventile 7, 8, 9, 10 und 11 sowie der Zündkerze 15 und der Einspritzdüse 16 auch andere Verbrennungsverfahren möglich.

Das Verhältnis der Gesamtfläche der fünf Gaswechsel­ ventile 7, 8, 9, 10 und 11 zu der Fläche der Zylinder­ bohrung 4 liegt in einem Bereich von 0,45-0,7 : 1, insbesondere in einem Bereich von 0,50-0,65 : 1. Die beschriebenen Verhältnisse ermöglichen besonders vor­ teilhafte Drehmoment- und Leistungswerte der Brenn­ kraftmaschine 1. Zur Berechnung der jeweiligen Flächen wird dabei zum einen der Durchmesser der Zylinderboh­ rung 4 und zum anderen der größte Durchmesser der ein­ zelnen Gaswechselventile 7, 8, 9, 10 und 11, also nicht der durch dieselben freigegebene Querschnitt herangezogen.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 sind die Flächenver­ hältnisse zwischen den Gaswechselventilen 7, 8, 9, 10 und 11 sowie der Fläche der Zylinderkopfbohrung 4 nochmals deutlich zu erkennen, wobei hier lediglich zu den Gaswechselventilen 7, 8, 9, 10 und 11 gehörende Ventilsitze 7a, 8a, 9a, 10a und 11a dargestellt sind. Ebenso sind von der Zündkerze 15 und der Einspritzdüse 16 nur zugehörige Bohrungen 15a und 16a gezeigt. Es ist dabei zu erkennen, daß die Bohrungen 15a und 16a zwar sehr eng beieinander liegen, jedoch keine der Bohrungen 15a oder 16a sich genau in der Mitte des Brennraumes 6 befindet.

Wie des weiteren aus Fig. 3 zu entnehmen ist, sind den Einlaßventilen 7, 8 und 9 jeweils Einlaßkanäle 17, 18 und 19 zugeordnet. Gleiches gilt auch für die Auslaß­ ventile 10 und 11, denen Auslaßkanäle 20 und 21 zuge­ ordnet sind. Zwei der Einlaßkanäle, nämlich die Ein­ laßkanäle 17 und 18, sind in einem sich direkt an die zugehörigen Einlaßventile 7 und 8 anschließenden Be­ reich zu einem einzigen Kanal 22 zusammengeführt. Auf diese Weise ist es möglich, entweder durch Beaufschla­ gung der Kanäle 19 und 22 durch sämtliche Einlaßkanäle 17, 18 und 19, durch alleinige Beaufschlagung des Ein­ laßkanals 19 ausschließlich durch den Einlaßkanal 19 oder durch alleinige Beaufschlagung des Kanals 22 durch die beiden Einlaßkanäle 17 und 18 gemeinsam Gas in den Brennraum 6 einzuleiten. Je nachdem, welche Strömung innerhalb des Brennraums 6 erzeugt werden soll, kann eine der drei Möglichkeiten von Vorteil sein, wobei durch die beiden letztgenannten Möglich­ keiten jeweils eine Drallströmung in dem Brennraum 6 erzeugt wird.

In Fig. 4 sind nochmals die Einlaßkanäle 17, 18 und 19 sowie die Auslaßkanäle 20 und 21 und die Zusammenfüh­ rung der Einlaßkanäle 17 und 18 zu dem einen Kanal 22 erkennbar. Des weiteren geht daraus hervor, daß die Zündkerze 15 und die Einspritzdüse 16 um einen Winkel α versetzt zu einer Längsachse 23 des Zylinderkopfes 2 angeordnet sind, wobei im vorliegenden Fall α ca. 15-20° beträgt. Hierdurch wird zum einen eine bessere Montierbarkeit der Zündkerzen 15 und der Einspritzdü­ sen 16 erreicht, insbesondere im Hinblick auf eine eventuelle gegenseitige Behinderung der Einspritzdüse 16 der einen Zylinderbohrung 4 mit der Zündkerze 15 der nächsten Zylinderbohrung 4 beim Ein- und Ausbau dieser Teile. Zum anderen ist der Winkel α so gewählt, daß die beiden in dieser Figur nicht dargestellten Nockenwellen 12 und 13 noch immer einfach Platz finden und gut montiert werden können. Der Winkel α ist auch derjenige Winkel aus Fig. 3, den die Längsachse 23 mit der Verbindungslinie zwischen den Bohrungen 15a und 16a für die Zündkerze 15 und die Einspritzdüse 16 bil­ det.

Fig. 5 zeigt nochmals eine Ansicht zur Verdeutlichung der gegenseitigen Lage der Zündkerze 15 und der Ein­ spritzdüse 16, wobei hier sehr gut erkennbar ist, wie diese beiden Elemente aufeinander zu gerichtet sind, wozu dieselben gegenüber der Zylinderlängsachse ge­ neigt angeordnet sind.

Im Schnitt durch den Zylinderkopf 2 gemäß Fig. 6 ist ein Kühlsystem 24 dargestellt, dessen Kühlmittel im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 23 des Zylin­ derkopfes 2 verläuft, wie durch die Pfeile angedeutet. Trotz der verhältnismäßig hohen Anzahl von fünf Gas­ wechselventilen 7, 8, 9, 10 und 11 ist es bei der vor­ liegenden Konstruktion möglich, Kühlmittel zwischen den Ventilen und auch zwischen der Zündkerze 15 und der Einspritzdüse 16 hindurchzuführen, was eine sehr gute Kühlung des Brennraumes 6 ermöglicht.

Claims (8)

1. Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 einem Kurbelgehäuse (3) mit wenigstens einer darin sich befindlichen Zylinderbohrung (4),
• 2. 1.2 wenigstens einem in der wenigstens einen Zy­ linderbohrung (4) eine oszillierende Bewe­ gung ausführenden Kolben (3),
• 3. 1.3 wenigstens einem Zylinderkopf (2) mit wenig­ stens einem darin sich befindlichen Brenn­ raum (6), der der wenigstens einen Zylinder­ bohrung (4) zugeordnet ist,
• 4. 1.4 in dem wenigstens einen Zylinderkopf (2) sind insgesamt fünf Gaswechselventile (7, 8, 9, 10, 11) mit zugehörigen Ein- (17, 18, 19) und Auslaßkanälen (20,21) angeordnet,
• 5. 1.5 in einem sich in der Mitte des Brennraums (6) zwischen den Gaswechselventilen (7, 8, 9, 10, 11) befindlichen Bereich (14) sind eine Zündkerze (15) und eine Einspritzdüse (16) angeordnet und auf den Brennraum (6) zu ge­ richtet.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (15) und die Einspritzdüse (16) um einen bestimmten Winkel (α) verdreht zu einer Längsachse (23) des Zylinderkopfes (2) angeordnet sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (15) und die Einspritzdüse (16) aufeinander zu gerichtet sind.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gesamtfläche der Gaswechsel­ ventile (7, 8, 9, 10, 11) zu der Fläche der Zylinder­ bohrung (4) in einem Bereich von 0,45-0,7 : 1 liegt.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Gesamtfläche der Gaswechsel­ ventile (7, 8, 9, 10, 11) zu der Fläche der Zylinder­ bohrung (4) in einem Bereich von 0,50-0,65 : 1 liegt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei Einlaßventile (7, 8, 9) mit drei zugehörigen Einlaßkanälen (17, 18, 19) und zwei Auslaßventile (10, 11) mit zwei zugehörigen Auslaßkanälen (20, 21) vorgesehen sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Einlaßkanäle (17, 18) in unmittelbarer Nähe der zugehörigen Einlaßventile (7, 8) zu einem gemeinsamen Kanal (22) zusammengeführt sind.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) ein Kühlsystem (24) auf­ weist, dessen Kühlmittel im wesentlichen senk­ recht zu der Längsachse (23) des Zylinderkopfes (2) verläuft.