DE69708199T2 - Brennkraftmaschine mit Voreinspritzung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Voreinspritzung direkt in wenigstens eine Brennkammer, die mit wenigstens einer Auspuffrohröffnung versehen ist, die zyklisch durch ein Ventil verschlossen wird.
• Bei bekannten Motoren dieser Art ist die Einspritzpumpe in Phase mit dem Motorzyklus. Die Kraftstoffeinspritzung in die Kammer erfolgt erst einige Grade vor dem oberen Totpunkt. Der erreichbare Kraftstoffdruck liegt in der Größenordnung von 15 · 10&sup6; Pa.
• Es wurden nun neuere Einspritzvorrichtungen entwickelt, bei denen die Einspritzdüsen durch Elektromagnetventile ohne "mechanische" Synchronisation mit dem Motorzyklus gesteuert werden. Somit besteht die Gefahr, dass die Kraftstoffeinspritzung an jedem Punkt des Zyklus erfolgt. Wenn eine Einspritzung ungewollt sehr früh in der Kompressionsphase erfolgt, beispielsweise bei 40º vor dem oberen Totpunkt, oder wenn die Einspritzdüse im offenen Zustand blockiert, kann der Brenndruck in der Kammer 25 · 10&sup6; Pa bis 30 · 10&sup6; Pa erreichen. Dieser Druck ist jedoch viel zu hoch und beeinträchtigt den Motor, indem er insbesondere eine Pleuelverdrehung, eine Lagerquetschung und ein Leck an der Zylinderkopfdichtung hervorrufen kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Motor der oben definierten Art vorzuschlagen, der mit Einspritzdüsen ausgestattet werden kann, die durch Elektromagnetventile gesteuert werden, ohne dabei Gefahr zu laufen, dass durch Überdruck in der Brennkammer die jeweiligen Zylinder des Motors beeinträchtigt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungsgemäße Motor dadurch gekennzeichnet, dass der Brennkammer eine Schutzvorrichtung gegen Überdruck in dieser Kammer zugeordnet ist, die dazu geeignet ist, diese in Verbindung mit einem Auspuffrohr des Motors zu bringen, wenn der in der Brennkammer herrschende Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt.
• Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schutzvorrichtung gegen Überdruck ein Entladeventil, das in einen im Zylinderkopf des Motors ausgeführten Kanal eingebaut und geeignet ist, die vorgenannte Verbindung zwischen der Brennkammer und dem Auspuffrohr herzustellen.
• Das Entladeventil wird durch ein Organ, wie beispielsweise eine Kugel gebildet, die in geschlossenem Zustand auf einem Sitz unter der Wirkung eines Rückholmittels, wie beispielsweise einer Feder, gehalten wird.
• Der Kanal der Schutzvorrichtung steht hinter dem Entladeventil mit dem Auspuffrohr über einen Verbindungskanal in Verbindung.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der in die Brennkammer eine Aufnahmebohrung einer Vorheizkerze einmündet, welche die Bohrung verschließt, wenn sie dort von den Befestigungsmitteln in Arbeitsposition gehalten wird, umfasst die Schutzvorrichtung Mittel zum Befestigen der Kerze, die derart angeordnet sind, dass sie unter der Wirkung eines in der Brennkammer herrschenden Überdrucks nachgeben und somit das Ausstoßen der Kerze und das Verbinden der Brennkammer mit dem Auspuffrohr des Motors durch den freien Teil der Bohrung erlauben.
• Bei einer ersten Ausführungsvariante umfassen die Befestigungsmittel der Kerze eine Muffe, die von der Kerze durchquert wird und zum Beispiel durch Verschrauben fest mit dem Zylinderkopf des Motors verbunden ist, und eine elastischen Scheibe, die zwischen einem Ende der Muffe und einem Absatz des Zylinderkopfes eingespannt ist und dessen zentraler Teil auf einem Absatz der Kerze derart aufliegt, dass diese in Anlage an ihrem Sitz gehalten wird, wobei der zentrale Teil der elastischen Scheibe Zonen umfasst, die durch Schubkraft unter der Wirkung des vorgenannten Überdrucks brechen.
• Die vorgenannte Muffe umfasst an ihrem der elastischen Scheibe gegenüberliegenden Ende einen internen Absatz, gegen den der Absatz der Kerze beim Ausstoßen derselben anschlägt.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante enthält die Kerze eine obere Muffe, die zum Beispiel durch Verschrauben mit dem Zylinderkopf fest verbunden ist, und einen unteren Körper, der mit der Muffe durch einen ringförmigen ausreißbaren Bereich verbunden und geeignet ist, letztere axial durch Brechen dieses Bereichs unter der Einwirkung des vorgenannten Überdrucks zu durchqueren.
• Gemäß einer dritten Ausführungsvariante sind die Befestigungsmittel der Kerze vom Typ Bajonett, wobei der Körper der Kerze wenigstens zwei Nocken umfasst, die in zwei jeweilige Rillen zum Halten der Nocken eingreifen, die in einer zylindrischen Fassung ausgeführt sind, die durch die Kerze durchquert wird und zum Beispiel durch Verschrauben mit dem Zylinderkopf des Motors derart fest verbunden ist, dass die Kerze in Anlage an ihrem Sitz gehalten wird, wobei die Nocken mit Schubkraft unter der Wirkung des vorgenannten Überdrucks brechen können.
• Der freie Teil der Bohrung ist über einen Kanal des Zylinderkopfes mit dem Auspuffrohr verbunden.
• Die Erfindung wird im Laufe der nachfolgenden näheren Beschreibung besser verständlich, aus der sich weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung deutlicher ergeben anhand der beigefügten, schematischen Zeichnungen, die sich nur beispielhaft verstehen und mehrere Ausführungsformen der Erfindung darstellen, worin zeigen:
• - Fig. 1 eine Schnittansicht entlang der Linie I-I der Fig. 3 eines Zylinderkopfteils eines Dieselmotors mit Voreinspritzung, der mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;
• - Fig. 2 eine Ansicht dieses Zylinderkopfes ohne Vorrichtung in Schnittdarstellung entlang der Linie II-II der Fig. 1;
• - Fig. 3 eine Ansicht dieses Zylinderkopfes ohne Vorrichtung in Richtung Pfeil III der Fig. 1;
• - Fig. 4 eine Ansicht analog zu Fig. 1 eines Teils des Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit Vorheizkerze gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
• - Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V der Fig. 4;
• - Fig. 6 eine Endansicht entlang Pfeil VI der Fig. 4;
• - Fig. 7 eine Profilansicht einer in Fig. 4 verwendeten elastischen Scheibe;
• - Fig. 8 eine Draufsicht entlang Pfeil VII der Scheibe nach Fig. 7;
• - Fig. 9 eine halb geschnitten dargestellte Ansicht ähnlich wie Fig. 4, in der eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist;
• - Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht in Längsschnitt einer Vorheizkerze, die in der Ausführungsform der Fig. 9 Anwendung findet;
• - Fig. 11 eine halb geschnitten dargestellte Ansicht ähnlich wie Fig. 4, in der eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist;
• - Fig. 12 eine vergrößerte Vorderansicht der Kerze, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 Anwendung findet;
• - Fig. 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12;
• - Fig. 14 eine Schnittansicht der Muffe zum Befestigen der in Fig. 12 dargestellten Kerze im Zylinderkopf nach Fig. 11; und
• - Fig. 15 eine Draufsicht entlang Pfeil XV aus Fig. 14.
• In bezug auf Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine vom Typ Diesel mit (nicht dargestellten) Voreinspritzdüsen dargestellt, der an Zylindern befestigt ist, von denen nur einer bei 2 dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine Brennkammer bezeichnet, die zwischen dem Zylinderkopf 1 und einem Kolben 3 eingegrenzt ist und in welche der Kraftstoff direkt durch die zugeordnete Voreinspritzdüse eingespritzt wird. Erfindungsgemäß ist der Zylinderkopf mit einer Vorrichtung 7 zum Schutz gegen Überdruck in der Brennkammer 4 versehen.
• Diese Vorrichtung weist im wesentlichen ein Entladeventil 8 auf, das in Form einer in einem Kanal 9 gelagerten Kugel ausgeführt ist, der im Zylinderkopf eingebracht ist und mit einem Ende in die Brennkammer 4 mündet und mit dem anderen Ende nach außen mündet. Der Kanal enthält zwei Teile mit kreisrundem Querschnitt und unterschiedlichem Durchmesser. Der in die Brennkammer 4 mündende Teil weist einen geringeren Durchmesser auf Die Verbindung der beiden Kanalteile ist so gestaltet, dass ein Sitz 10 für die Kugel des Ventils 8 gebildet wird. Eine Spiralfeder 11 ist im Kanalbereich mit größerem Durchmesser vorgesehen und drückt die Ventilkugel an ihren Sitz, indem sie sich an einem Verschlussstopfen 12 des Kanals abstützt.
• Der hinter dem Ventil, d. h. auf der der Brennkammer 4 gegenüberliegenden Seite befindliche Kanalteil steht über Querkanäle 14 mit Auspuffrohren 15 in Verbindung, wie in Fig. 2 gezeigt ist, die in gewöhnlicher Weise in die Brennkammer 4 münden, und zwar jeweils über eine Öffnung 16, die zyklisch durch ein nicht dargestelltes Ventil verschließbar ist. Fig. 3 zeigt die entsprechende Anordnung des Kanals 9, der das Entladeventil 8 und die beiden in Fig. 2 angedeuteten Auspuffrohre 15 aufnimmt.
• Im Hinblick auf die Funktion der Schutzvorrichtung 8 bei normaler Verbrennung wird die Kugel 8 unter der Wirkung der Feder 11 an ihrem Sitz 10 gehalten. Wenn in der Brennkammer 4 ein Überdruck entsteht, der den durch die Feder bestimmten Druckschwellwert übersteigt, hebt die Kugel 8 entgegen der Feder von ihrem Sitz ab, wodurch die Brennkammer 4 mit den Auspuffrohren 15 über die Kanäle 9 und 14 in Verbindung gebracht wird. Durch diese Verbindung wird der Überdruck in der Kammer 4 abgebaut bzw. sogar vermieden.
• Selbstverständlich kann die soeben anhand von Fig. 1 bis 3 beschriebene Erfindung verschiedenste Abwandlungen erfahren. Beispielsweise könnte die Kugel durch einen Kolben ersetzt werden und die Verbindungskanäle 14 können in jegliches andere Auspuffrohr als in diejenigen münden, die in die Brennkammer münden, welcher die Schutzvorrichtung zugeordnet ist.
• Gemäß der in Fig. 4 bis 8 gezeigten Ausführungsform der Schutzvorrichtung, bei welcher identische Teile wie in Fig. 1 bis 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, enthält der Zylinderkopf 1 für jede der Brennkammern 4 eine Bohrung 17, die in die Kammer 4 mündet und eine Vorheizkerze 18 aufnimmt, welche die Bohrung 17 verschließt, wenn sie in dieser zu deren Verwendung durch Befestigungsmittel gehalten wird. Die Kerze 18 steht mit ihrer zentralen Elektrode 19 in die Brennkammer 4 so vor, dass der Kraftstoff beim Starten des Motors erwärmt wird.
• Bei dieser Ausführungsform enthalten die Mittel zum Befestigen der Kerze 18 eine Muffe 20, die von der Kerze 18 durchsetzt wird und fest mit dem Zylinderkopf 1 verbunden ist, beispielsweise indem sie in eine entsprechende, koaxial zur Bohrung 17 verlaufende Gewindebohrung 21 des Zylinderkopfes 1 eingeschraubt wird. Diese Befestigungsmittel enthalten auch eine elastische Scheibe 22, die zwischen einem unteren Ende der Muffe 20 und einem Absatz 1a des Zylinderkopfes so angebracht ist, dass sie am Absatz 1a durch die Muffe 20 aufgespannt ist. Fig. 7 zeigt die elastische Scheibe 22 im freigegebenen Zustand und Fig. 8 zeigt, dass diese Scheibe in ihrem Mittelbereich aus einer Anzahl von radialen Stegen 22a, beispielsweise drei, besteht, die in der gezeigten Stellung sich am Absatz 18a des Körpers der Kerze 18 so abstützen, dass sie diese in Abstützung an ihrem Sitz 1b des Zylinderkopfes 1 halten.
• Die Stege 22a der Scheibe 22 sind durch Bereiche 21 mit ihrem Körper verbunden, die durch Schubkraft brechen können, wie nachfolgend erläutert wird.
• Wenn nämlich der in der Brennkammer 4 herrschende Druck über einem im Normalbetrieb des Motors und insbesondere der Voreinspritzung erreichten Höchstwert liegt, wird ein solcher Überdruck auf das untere Ende der Kerze 18 aufgebracht, dass die Scheibe 22 durch Schubkraft in den dazu vorgesehenen Bereichen 21 bricht, so dass die Kerze 18 nach außen gestoßen wird. Fig. 4 zeigt in der axial unteren Bildhälfte die Kerze 18 in Arbeitsstellung im Zylinderkopf, und in der axial oberen Bildhälfte die ausgestoßene Kerze 18. Beim Ausstoßen der Kerze 18 stützt sich der Absatz 18a des Kerzenkörpers an einem inneren Absatz der der Scheibe 22 gegenüberliegenden Muffe 20 durch eine metallische Dichtung 23 ab. In der ausgestoßenen Stellung der Kerze 18 wird der Überdruck in der Kammer 4 abgebaut bzw. unterbrochen durch Abführen der Gase aus der Brennkammer zu den Auspuffrohren C1 und C2 über die im Zylinderkopf 1 ausgebildeten Kanäle 24. Die Dichtung 23 beseitigt ferner die Gefahr von Gaslecks bei Überdruck und auch im normalen Betrieb, wobei sie die Kerze 18 gegen Vibrationen schützt.
• Fig. 9 und 10 zeigen eine dritte Ausführungsform, bei der das Ausstoßen einer Vorheizkerze bei in der Brennkammer 4 vorliegendem Überdruck möglich ist. Gleiche Teile wie in Fig. 4 und 5 tragen in Fig. 9 und 10 die gleichen Bezugszeichen.
• Bei dieser dritten Ausführungsform enthält die Kerze 18 eine obere Muffe 25, die fest mit dem Zylinderkopf 1 verbunden ist, beispielsweise indem sie in eine entsprechende, koaxial zur Bohrung 17 zur Aufnahme der Kerze 18 verlaufende Gewindebohrung 26 des Zylinderkopfes 1 eingeschraubt wird, und einen unteren Körper 18b, der mit der Muffe 25 durch einen ringförmigen ausreißbaren Bereich 22 verbunden und geeignet ist, letztere axial durch Brechen dieses ausreißbaren Bereichs 22 zu durchqueren. Der ringförmige Bereich 22 kann bei einem in der Brennkammer 4 herrschenden Überdruck brechen, so dass die Kerze 18 nach außen ausgestoßen wird, wie in Fig. 9 in der axial unteren Bildhälfte der Kerze 18 dargestellt ist. In der ausgestoßenen Stellung der Kerze 18 steht der freie Bereich der Bohrung 17 durch einen Kanal 24 des Zylinderkopfes 1 mit zumindest einem Auslasstrakt in Verbindung, so dass die Überdruckgase der Brennkammer 4 abgeführt werden.
• Bei der in Fig. 11 bis 15 dargestellten Ausführungsform, bei der mit Fig. 4 und 5 identische Teile die gleichen Bezugszeichen tragen, sind die Befestigungsmittel der Kerze 18 in der Bohrung 17 des Zylinderkopfes 1 vom Typ Bajonett, d. h. sie enthalten zumindest zwei Nocken 27, die fest mit dem Körper der Kerze 18 verbunden sind, und eine zylinderförmige Fassung 28, welche von der Kerze 18 durchsetzt wird und dabei fest mit dem Zylinderkopf 1 beispielsweise durch Einschrauben in eine entsprechende Gewindebohrung 29 des Zylinderkopfes 1 verbunden ist, wobei die Fassung 28 zwei Rillen 28a, 28b aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie ein axiales Eingreifen der Nocken 27 in diese gestatten, und durch anschließendes Drehen des Körpers der Kerze 18, wobei die Nocken 28 in gekrümmte Bereiche der Rillen 28a, 28b bis zum Anschlag an deren Außenwände eingreifen, wodurch die Kerze 18 bezüglich dem Zylinderkopf 1 gehaltert wird, um die Kerze in Abstützung an ihrem Sitz 1b zu halten.
• Die Nocken 28 können durch Schubkraft unter der Einwirkung eines gegebenenfalls in der Brennkammer 4 herrschenden Überdrucks brechen, so dass die Kerze 18 ausgestoßen wird, wie in der axial unteren Bildhälfte der Kerze 18 in Fig. 11 dargestellt ist. Wenn die Kerze 18 ausgestoßen ist, kommt der freie Bereich der Bohrung 17 mit zumindest einem Auslasstrakt über einen Kanal 24 im Zylinderkopf 1 in Verbindung, der identisch wie der in Fig. 9 gezeigte ist.
• Die vorangehend beschriebene Erfindung bietet mit den drei Ausführungsformen einen wirkungsvollen Schutz des Motors gegen eine durch einen eventuellen anormalen Überdruck in zumindest einer der Brennkammern des Motors hervorgerufene Beeinträchtigung, wobei die bzw. jede entsprechende Vorheizkerze ausgestoßen wird und die Überdruckgase durch einen Entladekanal abgeführt werden.

Claims (10)

1. Brennkraftmaschine mit Voreinspritzung direkt in wenigstens eine Brennkammer, die mit wenigstens einer Auspuffrohröffnung versehen ist, die zyklisch durch ein Ventil verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) einer Schutzvorrichtung (7) gegen Überdruck in dieser Kammer zugeordnet ist, die dazu geeignet ist, diese in Kontakt mit einem Auspuffrohr (15; C1, C2) des Motors zu bringen, wenn der in der Brennkammer (4) herrschende Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt.

2. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (7) gegen den vorgenannten Überdruck ein Entladeventil (8) umfaßt, das in einen in den Zylinderkopf (1) des Motors praktizierten Kanal (9) eingebaut und geeignet ist, den vorgenannten Kontakt zwischen der Brennkammer (4) und dem Auspuffrohr (15) herzustellen.

3. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladeventil (8) durch ein Organ wie zum Beispiel eine kleine Kugel gebildet wird, die in geschlossenem Zustand auf einem Sitz (10) unter der Wirkung eines Rückholmittels, wie zum Beispiel einer Feder (11), gehalten wird.

4. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet; daß der Kanal (9) der Schutzvorrichtung (7) hinter dem Entladeventil mit dem Auspuffrohr (15) über einen Verbindungskanal (14) in Kontakt ist.

5. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, von der Art, bei der in der Brennkammer (4) insbesondere eine Aufnahmebohrung (17) einer Vorheizkerze (18) einmündet, die die Bohrung (17) verschließt, wenn sie dort von den Befestigungsmitteln in Arbeitsposition gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte Schutzvorrichtung die Befestigungsmittel der Kerze (19) umfaßt, die derart angeordnet sind, daß sie unter der Wirkung eines in der Brennkammer (4) herrschenden Überdrucks nachgeben und somit das Ausstoßen der Kerze (16) und das Inkontaktbringen der Brennkammer mit dem Auspuffrohr des Motors durch den freien Teil der Bohrung (17) erlauben.

6. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die. Befestigungsmittel der Kerze (18) eine Muffe (20) umfassen, die von der Kerze (18) durchquert wird und zum Beispiel durch Verschrauben fest mit dem Zylinderkopf (1) des Motors und einer elastischen Scheibe (22) verbunden ist, die zwischen einem unteren Ende der Muffe (20) und einem Absatz (1a) des Zylinderkopfes (1) eingespannt ist und dessen zentraler Teil auf einem Absatz (18a) der Kerze (18) derart aufliegt, daß diese aufliegend auf ihrem Sitz (1b) gehalten wird, wobei der zentrale Teil der elastischen Scheibe (22) Zonen (21) umfaßt, die durch Schubkraft unter der Wirkung des vorgenannten Überdrucks brechen.

7. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannte Muffe (20) an ihrem äußeren Ende gegenüber der elastischen Scheibe (22) einen internen Absatz umfaßt, gegen den der Absatz (18a) der Kerze (18) beim Ausstoßen derselben aufliegt.

8. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerze (18) eine obere Muffe (25) umfaßt, die zum Beispiel durch Verschrauben mit dem Zylinderkopf und einem unteren Körper (18b) fest verbunden ist, der mit der Muffe (25) durch eine ringförmige ausfransbare Zone (22) verbunden und geeignet ist, letzteren axial durch Brechen dieser Zone (22) unter der Einwirkung des vorgenannten Überdrucks zu durchqueren.

9. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel der Kerze (18) vom Typ Bajonett sind, wo der Körper der Kerze (18) wenigstens zwei Nocken (28) umfaßt, die jeweils in zwei Rillen (18a, 18b) zur Befestigung der Nocken (28) eingreifen, die in einer Zylinderfassung (29) realisiert sind, die durch die Kerze (18) durchquert wird und zum Beispiel durch Verschrauben mit dem Zylinderkopf (1) des Motors derart fest verbunden ist, daß die Kerze (18) aufliegend auf ihrem Sitz (1b) gehalten wird, wobei die Nocken (28) unter der Wirkung des vorgenannten Überdrucks brechen können.

10. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Teil der Bohrung (7) über einen Kanal (24) des Zylinderkopfes mit dem Auspuffrohr (C1, C2) verbunden ist.