Die Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Kraftstoff-Einspritzsystem.

Bei Ottomotoren mit Direkteinspritzung soll im sog. Homogenbetrieb der

Brennkraftmaschine mittels der Einspritzdüsen eine möglichst gute Verteilung des Kraftstoffes in der Brennkammer und eine effiziente und schadstoffarme Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches erzielt werden. Zu diesem Zweck werden in herkömmlichen Kraftstoff-Einspritzsystemen meist Einspritzventile in der Art von Einspritzdüsen eingesetzt, die nach innen öffnen und die einen Kegelstrahl erzeugen. Solche

Einspritzdüsen weisen üblicherweise fünf bis sieben Einspritzlöcher auf. Um eine gute Zerstäubung des Kraftstoffes zu erreichen, kann dieser mittels der Einspritzdüse unter einem Kraftstoffdruck von bis zu 20 MPa in die Brennkammer eingespritzt werden. Eine Benetzung der Wände der Brennkammer sowie der Oberflächen von Zylinderkopf und Kolben der Brennkraftmaschine aber auch der Einlassventile mit flüssigem Kraftstoff kann dabei jedoch zu unerwünschten, erhöhten Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine führen und sollte deshalb möglichst vermieden werden.

Entscheidend für die Vermeidung einer solchen unerwünschten Benetzung ist eine Kontrolle der Wechselwirkung des eingespritzten Kraftstoffsprays mit der Innenströmung der in den Zylinder eingebrachten Luftmasse. Beispielsweise weisen mittels eines Abgasturboladers aufgeladene Brennkraftmaschinen oftmals eine höhere Luftmassenbewegung in Form einer sog. "Tumble-Strömung" auf, wodurch die Beeinflussung der Verteilung des eingespritzten Kraftstoffs verstärkt wird. Bei Brennkraftmaschinen mit einer zentrierten Anordnung der Einspritzd üse auf dem Zylinder wird durch die Luftmassenbewegung der eingespritzte Kraftstoff auf eine Auslassseite der Brennkammer gelenkt, wodurch dort erhöhte Kraftstoffkonzentrationen entstehen können und eine unerwünschte Benetzung der Wände der Brennkammer mit Kraftstoff erfolgen kann. Die DE 198 04 463 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem für Ottomotoren mit einer Einspritzdüse, die Kraftstoff in einen von einer Kolben-Zylinder-Konstruktion gebildeten Brennraum einspritzt, und mit einer in den Brennraum ragenden Zündkerze. Die Einspritzdüse ist im zentralen Bereich des Brennraumes angeordnet und mit wenigstens einer Reihe von über den Umfang der Einspritzdüse verteilten Einspritzlöchern versehen, so dass mittels einer gezielten Einspritzung von Kraftstoff über die Einspritzlöcher ein strahlgeführtes Brennverfahren durch Bildung einer Gemischwolke realisiert werden kann. Gemäß diesem Brennverfahren wird wenigstens ein Kraftstoff strahl erzeugt, der zur Zündung wenigstens annähernd in Richtung auf die Zündkerze gerichtet und so gesteuert ist, dass im Berührungsbereich mit der Zündkerze nur noch verdampfter Kraftstoff vorliegt. Zusammen mit weiteren Kraftstoffstrahlen wird wenigstens eine annähernd geschlossene und/oder zusammenhängende Gemischwolke gebildet wird, wobei es zu keiner wesentlichen Berührung der weiteren Strahlen mit dem Kolben oder der

Zylinderwandung der Brennkraftmaschine kommt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Kraftstoff-Einspritzsystem anzugeben, bei welcher oben genannte Nachteile beseitigt oder zumindest reduziert sind.

Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Einspritzdüse mit zumindest zwei Einspritzlöchern derart auszugestalten, dass eine in/auf eine Auslassseite der Brennkammer eingespritzte Kraftstoffmenge geringer ist als eine in/auf die Einlassseite der Brennkammer eingespritzte Kraftstoffmenge. Die Einlass- bzw. Auslassseite kann dabei im Wesentlichen über die jeweilige Position des Einlass- bzw. Auslassventils definiert sein. Da aufgrund eines in Einspritzdüsennähe verstärkten Luftmassenstroms in Richtung Auslassseite in diesen Bereich eingespritzter Kraftstoff besonders schnell auf unerwünschte Weise die Wand der Brennkammer erreichen und dort o.g. unerwünschte Effekte bewirken kann, führt die erfindungsgemäße Reduzierung der in die Auslassseite eingespritzten Kraftstoffmenge zu einer verringerten unerwünschten Benetzung der Wandung der Brennkammer. Im Idealfall kann eine solche unerwünschte Benetzung mit Kraftstoff sogar vollständig vermieden werden. Hierdurch lassen sich insbesondere erhöhte Schadstoffemissionen vermeiden. Vorzugsweise weist das wenigstens eine Einspritzloch für die Einlassseite einen ersten Öffnungsdurchmesser auf, der größer ist als ein zweiter Öffnungsdurchmesser des wenigstens einen Einspritzloches für die Auslassseite. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Reduzierung der Kraftstoff-Einspritzmenge im Bereich der

Auslassseite gegenüber der Einlassseite auf technisch einfache Weise realisiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, gemäß welcher ein Öffnungsdurchmesser eines Einspritzloches zwischen 100 μηη und 250 μιτι beträgt.

Um eine besonders schadstoffarme Verbrennung von in die Brennkammer eingespritztem Kraftstoff sicherzustellen, kann die Einspritzdüse in einer weiterbildenden

Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass in den Brennraum eingespritzter Kraftstoff weder auf eine Brennraumwand noch auf einen Kolben der Brennkraftmaschine trifft.

Zur besonders effektiven Verbrennung des in die Brennkammer eingespritzten Kraftstoffs kann in einer weiterbildenden Ausführungsform daran gedacht sein, dass die

Einspritzlöcher derart angeordnet sind , dass ein Kraftstoff strahl mit einer kegelartigen Strahlgeometrie erzeugt wird, wobei der Kraftstoffstrahl einen Öffnungswinkel von Im Wesentlichen 80° aufweist.

Eine unerwünschte Benetzung der Wände der Brennkammer kann in einer bevorzugten Ausführungsform auch dadurch vermieden werden, dass die Einspritzdüse auf einer Achse des Brennraums angeordnet ist oder/und die Einspritzdüse unter einem Winkel von 0° <φ <20° bezüglich der Achse des Brennraums angeordnet ist.

In einer für den Praxisbetrieb in einem Kraftfahrzeug besonders geeigneten

Ausführungsform kann die Einspritzdüse sechs Einspritzlöcher aufweisen, wovon mittels zweier Einspritzlöcher eine erste Kraftstoffteilmenge auf die Einlassseite einspritzbar ist, mittels zweier weiterer Einspritzlöcher eine zweite Kraftstoffteilmenge auf die Auslassseite und mittels zweier weiterer Einspritzlöcher eine dritte Kraftstoffteilmenge in einen sich in der axialen Richtung erstreckenden Grenzbereich zwischen Einlassseite und Auslassseite. Gemäß dieser Ausführungsform ist die zweite Kraftstoffteilmenge jeweils kleiner als die erste und die dritte Kraftstoffteilmenge. In einer weiterbildenden, technisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform ist die erste

Kraftstoffteilmenge im Wesentlichen gleich der dritten Kraftstoffteilmenge.

In einer besonders verbrauchseffizienten Ausführungsform kann die erste

Kraftstoffteilmenge ca. 42 %, die zweite Kraftstoffteilmenge ca. 18% und die dritte Kraftstoffteilmenge ca. 40% der insgesamt eingebrachten Kraftstoffmenge betragen. Hierdurch kann eine besonders günstige Gemischbildung bei hohem Wirkungsgrad und der Vermeidung der Benetzung der Zylinderwandung erreicht werden.

Vorzugsweise kann eine Länge zumindest eines Einspritzloches ca. 200 pm betragen. Auf diese Weise kann Kraftstoff besonders effektiv in die Brennkammer eingespritzt werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff-Einspritzsystem mit einem oder mehreren der vorhergehend genannten Merkmale.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.

Dabei zeigen, jeweils schematisch:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzsystems im

Bereich eines Brennraums,

Fig. 2 eine Kraftstoffverteilung in einem Brennraum des Kraftstoff-Einspritzsystems der Figur 1 ,

Fig. 3 eine Variante der Figur 1.

In der Darstellung der Figur 1 ist ein Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine grobschematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Das Kraftstoff-Einspritzsystem 1 umfasst einen Brennraum 2 mit einem Einlassventil 3 auf einer Einlassseite 4 des Brennraums 2 und ein Auslassventil 5 auf einer Auslassseite 6 des Brennraums 2. In dem Brennraum 2 ist ein auf- und abbewegbarer Kolben 13 angeordnet. Der Brennraum 2 ist üblicherweise zylindrisch ausgebildet und im Bereich des Zylinderkopfes über eine Stirnseite 7 abgeschlossen, wobei in der Stirnseite 7 eine Einlassventil-Aufnahmeöffnung 8 und eine Auslassventil- Aufnahmeöffnung 9 vorgesehen sein können, in welche jeweils das Einlassventil 3 bzw. das Auslassventil 5 eingesetzt ist.

Von der Einlassseite 4 und der Auslassseite 6 können sich jeweils von der Einlassventil- Aufnahmeöffnung 8 bzw. Auslassventil-Aufnahmeöffnung 9 weg in einer axialen Richtung A erstreckende Volumenbereiche 10, 1 1 (vgl. gestrichelte Linien in der Figur 1 ) des Brennraums 2 erstrecken. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftstoff-Einspritzsystem 1 eine zentrale Einspritzdüse 12 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum 2, die im Wesentlichen mittig auf der Stirnseite 7 des Brennraums 2 angeordnet ist. Die

Einspritzdüse 12 ist vorzugsweise auf einer sich in der axialen Richtung A erstreckenden (Mittel-)Achse Z des Brennraums 2 angeordnet. In einer der Übersichtlichkeit halber in der Figur 1 nicht gezeigten Variante kann die Einspritzdüse 12 aber auch unter einem Winkel von 0° bis 20° bezüglich der Achse Z geneigt angeordnet sein.

Die Einspritzdüse 12 weist zumindest zwei Einspritzlöcher 13a, 13b auf, wobei eine Länge zumindest eines der beiden Einspritzlöcher 13a, 13b ca. 200 μηη beträgt. In Varianten kann selbstverständlich auch eine andere Anzahl an Einspritzlöchern vorgesehen sein. Die beiden Einspritzlöcher 13a, 13b sind derart in der Einspritzdüse 12 angeordnet, dass eine auf die Auslassseite 6, insbesondere in den Bereich 11 , eingespritzte Kraftstoffmenge geringer ist als eine auf die Einlassseite 4, insbesondere in den Bereich 10, eingespritzte Kraftstoffmenge. Eine derartige Verteilung kann durch eine geeignete Anordnung der Einspritzlöcher 13a, 13b auf der Einspritzdüse 12 erreicht werden, wie sie schematisch in der Figur 1 gezeigt ist.

Der von dem Einspritzloch 13a in den Brennraum 2 eingespritzte Kraftstoff wird mittels einer geeigneten geometrischen Anordnung des ersten Einspritzungslochs 13a im Wesentlichen in den Bereich 10 (Einlassseite 4) eingespritzt, der von dem Einspritzloch 13b in den Brennraum 2 eingespritzte Kraftstoff hingegen in erster Linie in den Bereich 1 1 (Auslassseite 6). Durch eine geeignete jeweilige Wahl der Öffnungsdurchmesser da, db der beiden Einspritzlöcher 13a, 13b kann nun erreicht werden, dass in den Bereich 10 (Einlassseite 4) ein größerer relativer Anteil des gesamten in den Brennraum 2 eingespritzten

Kraftstoffs eingespritzt wird als in den Bereich 11 (Auslassseite 6). Um dies zu erreichen, kann der Öffnungsdurchmesser da größer sein als der Öffnungsdurchmesser db.

Vorzugsweise können die Öffnungsdurchmesser der Einspritzlöcher 13a, 13b Werte im Bereich von 100 μηι und 250 pm annehmen. Selbstverständlich ist vorangehend erläuterte Auslegung der Einspritzlöcher 13a, 13b nur exemplarisch anzusehen.

In Varianten kann grundsätzlich auch daran gedacht sein, Einspritzlöcher 13a, 13b mit identischem Öffnungsdurchmesser vorzusehen, wobei die erfindungsgemäße

Einspritzung - bei der die auf die Auslassseite eingespritzte Kraftstoffmenge geringer ist als die auf die Einlassseite 4 eingespritzte Kraftstoffmenge - alleine aufgrund einer geeigneten Anordnung bzw. Ausrichtung der Einspritzlöcher 13a, 13b erzielt wird. In weiteren Varianten des Ausführungsbeispiels kann selbstverständlich auch eine andere Anzahl an Einspritzlöchern 13a, 13b vorgesehen sein, um die erfindungsgemäße

Einspritzung von Kraftstoff zu realisieren. Beispielsweise kann daran gedacht sein, in einer Variante des Ausführungsbeispiels in der Einspritzdüse 12 insgesamt fünf

Einspritzlöcher vorzusehen, wobei mittels dreier dieser fünf Einspritzlöcher Kraftstoff auf die Einlassseite 4 und mittels der zwei verbleibenden Einspritzlöcher Kraftstoff auf die Auslassseite 6 eingespritzt wird.

Vorzugsweise sind die Einspritzdüse 12 und insbesondere deren Einspritzlöcher 13a, 13b derart ausgebildet, dass in den Brennraum 2 eingespritzter Kraftstoff weder auf eine Brennraum-Wand 14 (insbesondere im Bereich der Auslassseite 6) des Brennraums 2 noch auf den Kolben 13 trifft.

In der Figur 2 ist eine Kraftstoffverteilung von mittels des erfindungsgemäßen Kraftstoff- Einspritzsystems 1 in den Brennraum 2 eingespritztem Kraftstoff gezeigt. Aus der Figur 2 lässt sich sofort entnehmen, dass auf die Brennraum-Wand 14 kein Kraftstoff trifft, so dass diese nicht auf unerwünschte Weise mit Kraftstoff benetzt wird. Gleiches gilt für den in der Figur 2 gezeigten Kolben 13 der Brennkraftmaschine.

Die Figur 3a zeigt nun eine Variante des Kraftstoff-Einspritzsystems 1' mit zwei

Einlassventilen 3' und zwei Auslassventilen 5' sowie einer sechs Einspritzlöcher 13'a, 13'b, 13'c, 13'd, 13'e, 13'f aufweisenden Einspritzdüse 12'. Die Figur 3a zeigt dabei die Stirnseite 7' in einer Draufsicht von innerhalb des Brennraums 2 aus. Die Figur 3b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einspritzdüse 12'. Die Einspritzdüse 12' weist sechs

Einspritzlöcher 13'a bis 13'f auf, wovon mittels zweier Einspritzlöcher 13'a, 13'b eine erste Kraftstoffteilmenge auf die Einlassseite 4' eingespritzt wird, während mittels zweier weiterer Einspritzlöcher 13'c, 13'd eine zweite Kraftstoffteilmenge auf die Auslassseite 6' und mittels zwei Einspritzlöcher 13'e, 13'f eine dritte Kraftstoffteilmenge in einen sich in der axialen Richtung A erstreckenden Grenzbereich 15' zwischen Einlassseite 4' und Auslassseite 6' eingespritzt wird. Gemäß dieser Variante ist die zweite Kraftstoffteilmenge jeweils kleiner als die erste und die dritte Kraftstoffteilmenge; so kann die erste

Kraftstoffteilmenge ca. 42 %, die zweite Kraftstoffteilmenge ca. 18% und die dritte Kraftstoffteilmenge ca. 40% der insgesamt eingebrachten Kraftstoffmenge betragen. Alternativ dazu kann die erste Kraftstoffteilmenge im Wesentlichen gleich der dritten Kraftstoffteilmenge sein.

Bei Verwendung von mehr als zwei Einspritzlöchern sind, wie zum Beispiel der

Einspritzdüse 12' mit seinen sechs Einspritzlöchern 13'a, 13'b, 13'c, 13'd, 13'e, 13'f der Figuren 3a und 3b, die Einspritzlöcher derart angeordnet, dass es einen Kraftstoff strahl mit einer kegelartigen Strahlgeometrie erzeugt, wobei der Kraftstoffstrahl einen

Öffnungswinkel von im Wesentlichen 80° aufweist