AT414013B - Otto-brennkraftmaschine mit direkter einspritzung - Google Patents

Description

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AT 414 013 B

Die Erfindung betrifft eine Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung in den Brennraum, welche nach einem strahlgeführten Brennverfahren arbeitet, mit zumindest einer Einspritzeinrichtung und einer Zündeinrichtung pro Zylinder, wobei der Zündort der Zündeinrichtung im Grenzbereich des Strahlkegels des Einspritzstrahles der Einspritzeinrichtung angeordnet ist, 5 wobei der Zündort der Zündeinrichtung außerhalb des Strahlkegels angeordnet ist und dass die Zündeinrichtung eine in den Strahlkegel des Einspritzstrahles ragende Umlenkfläche aufweist, um einen Teil des Einspritzstrahles zum Zündort zu leiten.

Bei Otto-Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung wird zwischen wandgeführten und io strahlgeführten Brennverfahren unterschieden. Bei wandgeführten Brennverfahren wird der Einspritzstrahl mehr oder weniger direkt auf die Brennraumwand gerichtet. Dadurch steht eine erhöhte Aufbereitungszeit für die Gemischbildung zur Verfügung. Durch die relativ großen Freiheiten in der Anordnung der Einspritzeinrichtung - meistens nahe der Zylinderwand - können die Gaswechselventile hinsichtlich Lage und Anordnung optimal ausgelegt werden. Da 15 Einspritzstrahl und Zündeinrichtung relativ weit entfernt voneinander angeordnet sind, kommt es zu keiner direkten Zündkerzenbenetzung. Das System ist gegenüber Veränderungen in der Form des Einspritzstrahles nur wenig empfindlich. Nachteilig ist allerdings, dass wandgeführte Brennverfahren begrenzte Schichtungsfähigkeit aufweisen. Bei wandgeführten Brennverfahren ergibt sich eine gezielte Kolbenwandbenetzung. In Folge des längeren Gemischtransportweges 20 wirken sich die Grundströmung und die Fluktuationen stärker auf die Gemischschichtung und somit auf die Verbrennung aus.

Bei strahlgeführten Brennverfahren dagegen wird der Einspritzstrahl nicht auf die Brennraumwand oder den Kolbenboden gerichtet, sondern es wird eine weitgehende Zerstäubung des 25 Einspritzstrahles im Bereich der Zündeinrichtung angestrebt. Strahlgeführte Brennverfahren haben gegenüber wandgeführten Brennverfahren den Vorteil, dass sich eine extreme Schichtungsfähigkeit realisieren lässt, was sich unmittelbar günstig auf den Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Zudem kann eine hohe Schichtungsstabilität erreicht werden. Nachteilig ist, dass es oftmals zu einer Benetzung der Zündeinrichtung kommt. Dies kann sich ungünstig auf die 30 Verbrennungsstabilität auswirken. Das Brennverfahren weist darüber hinaus eine hohe Empfindlichkeit gegenüber der Qualität und Form des Einspritzstrahles auf. Befindet sich die Funkenstrecke außerhalb des Gemischgebietes, so führt die fehlende Gemischentzündung zu Motorfehlfunktionen. Eine volle Benetzung der Elektroden und des Isolators hingegen führt zu Zündaussetzern und zu einem Ablagerungsbild am Isolator. Nur wenn die Funkenstrecke inner-35 halb des Gemischgebietes liegt, aber keine volle Benetzung der Elektroden und des Isolators stattfindet, kann eine optimale Motorfunktion erreicht werden. In Folge hoher Toleranzempfindlichkeit ist die Reproduzierbarkeit der Bedingungen für eine optimale Motorfunktion problematisch. 40 Bei bekannten strahlgeführten Brennverfahren ist üblicherweise die Einspritzeinrichtung zentral im Bereich der Zylinderachse angeordnet. Die Zündkerze dagegen wird - je nach konstruktiven Gegebenheiten - seitlich versetzt dazu in der Brennraumdecke positioniert. Aus der DE 101 39 418 A1 ist eine Otto-Brennkraftmaschine mit strahlgeführtem Brennverfahren bekannt, bei welche die Zündeinrichtung zentral im Bereich der Zylinderachse und die Einspritz-45 einrichtung seitlich versetzt in unmittelbarer Nähe des Zündortes angeordnet ist.

Die DE 196 37 996 C1 offenbart eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des neuen Patentanspruches 1. Der Zündort der Zündeinrichtung ist dabei außerhalb des Strahlkegels angeordnet. Im Endabschnitt der Zünderkerzenhülse ist eine der Ein-50 spritzdüse diametral gegenüberliegende Abgriffswand angeordnet. Spritzt die Einspritzdüse Kraftstoff kegelförmig in den Brennraum ein, so prallt ein Teil des im Gemischmantel des Kraftstoffkegels geführten kraftstoffreichen Gemisches auf die Abgriffswand und wird dem eigenen Impuls folgend, in die Zündkammer zurückgeschleudert. Nachteilig ist, dass die Abgriffswand durch einen separaten Teil gebildet wird, was sich nachteilig auf den Erzeugungsaufwand auswirkt. 55

Claims (6)

1. 3 AT 414 013 B Aufgabe der Erfindung ist es, eine reproduzierbare Gemischaufbereitung mit minimalen Toleranzanforderungen für die Zündkerzen- und Injektorpositionierung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, die Umlenkfläche durch eine Elektrode der Zünd-5 einrichtung gebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Umlenkfläche zumindest 1 mm, vorzugsweise zumindest 2,5 mm tief in den Strahlkegel des Einspritzstrahles hineinragt. Die in Richtung des Teiles des Einspritzstrahles gemessene Tiefe der Umlenkfläche beträgt vorzugsweise mindestens 2,0 mm. Prinzipiell kann für die Umlenkfläche jede Form gewählt werden, die eine Staupunktströmung bzw. Umlenkung zum Zündort ermöglicht und durch die io Temperatur die Verdampfung fördert. Insbesondere kann die Umlenkfläche auch kugelförmig sein, wodurch der Vorteil einer Drehrichtungsabhängigkeit erreicht wird. Durch die Umlenkfläche wird einerseits sichergestellt, dass sich zum Zündzeitpunkt ein zündfähiges Gemisch im Bereich der Funkenstrecke befindet. Andererseits kann durch die Umlenkfläche der Zündort in ausreichendem Abstand außerhalb des Strahlkegels angeordnet werden, so dass eine volle 15 Benetzung der Elektroden und des Isolators der Zündeinrichtung vermieden wird. In einer sehr einfachen Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umlenkfläche im Wesentlichen eben ausgebildet ist und etwa normal zur Erzeugenden des Strahlkegels des Einspritzstrahles angeordnet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Umlenkfläche 20 zur Achse der Zündeinrichtung geneigt ausgebildet ist, wobei der Winkel zwischen Zündeinrichtung und Umlenkfläche vorzugsweise maximal 30° beträgt. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 25 Es zeigen schematisch Fig. 1 die Lage von Einspritz- und Zündeinrichtung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 und Fig. 3 die Zündeinrichtung in einer Seitenansicht gemäß dem Pfeil III in Fig. 2. Die Einspritzeinrichtung 1 und die Zündeinrichtung 2 sind in einem nicht weiter dargestellten 30 Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angeordnet und münden in einen Brennraum ein. Mit Bezugszeichen 3 ist der Strahlkegel des Einspritzstrahles 4 der Einspritzeinrichtung 1 bezeichnet. Der Zündort 5 ist außerhalb des Strahlkegels 3 des Einspritzstrahles 4 angeordnet. Die Zündeinrichtung 2 weist ein im Ausführungsbeispiel durch eine Massenelektrode 6 gebildetes Umlenkelement 7 mit einer in den Strahlkegel 3 in einem Ausmaß a von mindestens 1 mm 35 hineinragende Umlenkfläche 8 auf. Die Umlenkfläche 8 weist eine in Richtung des umgelenkten Kraftstoffstrahles gemessene Tiefe t von mindestens 2 mm auf. Die Breite b des Umlenkelementes beträgt mindestens 3 mm. Im eingebauten Zustand befindet sich die Umlenkfläche etwa normal im Bezug auf den auftref-40 fenden Kraftstoffstrahl, wie aus Fig. 1 hervorgeht. Der Winkel α zwischen der Umlenkfläche 8 und der Zündkerzenachse 2a beträgt vorteilhafterweise zwischen 0° und 60°, im Ausführungsbeispiel etwa 30°. Im Ausführungsbeispiel ist die Umlenkfläche 8 eben ausgebildet. Genau so ist aber auch eine von einer Ebene abweichende strömungsangepasste Form möglich. 45 Die Umlenkfläche 8 hat die Aufgabe, einen Teil des Einspritzstrahles 4 im Bereich der Erzeugenden des Strahlkegels 3 abzuzweigen und dem Zündort 5 der Zündeinrichtung 2 zuzuführen. Dies gewährleistet einerseits die Ausbildung eines zündfähigen Gemisches im Bereich des Zündortes 5 und verhindert andererseits, die volle Benetzung der Elektroden und des Isolators der Zündeinrichtung 2. Zusätzlich zur Strömungsumlenkung komm es durch die in den Brenn-50 raum hineinragenden heißen Umlenkflächen zu einer Verdampfungsunterstützung. Patentansprüche: 1. Otto-Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung in den Brennraum, welche nach einem 4 AT 414 013 B strahlgeführten Brennverfahren arbeitet, mit zumindest einer Einspritzeinrichtung (1) und einer Zündeinrichtung (2) pro Zylinder, wobei der Zündort (5) der Zündeinrichtung (2) im Grenzbereich des Strahlkegels (3) des Einspritzstrahles (4) der Einspritzeinrichtung (1) angeordnet ist, wobei der Zündort (5) der Zündeinrichtung (2) außerhalb des Strahlkegels (3) 5 angeordnet ist und dass die Zündeinrichtung (2) eine in den Strahlkegel (3) des Einspritzstrahles (4) ragende Umlenkfläche (8) aufweist, um einen Teil des Einspritzstrahles (4) zum Zündort (5) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (8) durch eine Elektrode der Zündeinrichtung (2) gebildet ist. io 2. Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (8) zumindest 1 mm, vorzugsweise zumindest 2,5 mm tief in den Strahlkegel (3) des Einspritzstrahles (4) hineinragt.
2. 3. Otto-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 15 Umlenkfläche (8) eine Tiefe (t) von mindestens 2,0 mm aufweist, wobei die Tiefe (t) in Um lenkrichtung des Teils des Einspritzstrahles (4) zum Zündort (5) gemessen ist.
3. 4. Otto-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (8) eine Breite (b) von mindestens 3 mm aufweist, wobei die Breite 20 (b) quer zur Umlenkrichtung gemessen ist.
4. 5. Otto-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (8) im Wesentlichen eben ausgebildet ist und etwa normal zur Erzeugenden des Strahlkegels (3) des Einspritzstrahles (4) angeordnet ist. 25
5. 6. Otto-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (8) gekrümmt, vorzugsweise kugelförmig ist.
6. 7. Otto-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, 30 dass die Umlenkfläche (8) zur Achse (2a) der Zündeinrichtung (2) geneigt ausgebildet ist, wobei der Winkel (a) zwischen der Achse (2a) der Zündeinrichtung (2) und der Umlenkfläche (8) vorzugsweise maximal 30° beträgt. 35 Enlöezy 1 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55