DE3543443C2

DE3543443C2 -

Info

Publication number: DE3543443C2
Application number: DE3543443A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Oda; Akira Hiroshima Jp Kageyama
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE3543443A1; US4714058A

Description

Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Kolben-Brenn kraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (DE-OS 31 23 538) ist je Zylinder ein Einlaßventil und ein Aus laßventil vorgesehen und die daran anschließenden Einlaß- bzw. Auslaßkanäle verlaufen zur selben Seite des Zylinder blockes hin. Die Zündkerze sitzt gegenüber der Einlaß- und Auslaßöffnung im Brennraum zur anderen Seite hin versetzt. Das Kühlsystem, durch das eine thermische Überbeanspruchung der Ventilstege und des Bereiches um die Zündkerze herum verhindert werden soll, umfaßt eine senkrecht aufsteigende Kühlkanalanordnung, die mit dem Kühl wassermantel des Zylinderblockes verbunden ist, und eine querverlaufende Kühlkanalbohrung, in welche die erst genannte Kühlkanalbohrung mündet und die zwischen Einlaß kanal und Auslaßkanal zur Zündkerzenbohrung hin verläuft. Außerdem ist ein als Sammelkanal dienender Kühlkanal auf der der Zündkerzenbohrung zugewendeten Seite des Zylinderkopfes vorgesehen, der in den Kühlwassermantel des Zylinderblockes wieder zurückführt. Die querverlaufende Kühlkanalbohrung wird von der Zündkerzenbohrung unter brochen, wobei durch eine eingesetzte Buchse in dieser ein Ringraum geschaffen ist, der von Kühlwasser durch strömt ist.

Diese bekannte Lösung, bei der der eigentliche Kühleffekt im Bereich der Zündkerzenbohrung durch den erwähnten Ringraum erzielt wird, ist nur bei ausreichendem Platz über dem Brennraum verwirklichbar. Bei Brennkraftmaschinen, die zum Zweck der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und der Leistungssteigerung zwei Auslaßventile und ein im Querschnitt erheblich vergrößertes Einlaßventil oder ebenfalls zwei Einlaßventile aufweisen, steht der hierfür erforderliche Platz jedoch nicht zur Verfügung. Da der entsprechend im Querschnitt erheblich vergrößerte Ein laßkanal oder die beiden Einlaßkanäle mehr Platz bean spruchen als die beiden Auslaßkanäle, steht nur noch auf der Auslaßseite zwischen den beiden Auslaßkanälen Platz für die Zündkerzenbohrung zur Verfügung. Dieser Platz ist jedoch nicht ausreichend, um die Zündkerzenbohrung mit einem Ringraum der vorstehend erwähnten Art aus zustatten, und der groß bemessene Einlaßkanal bzw. die Einlaßkanäle verhindern eine Kühlkanalbohrung, die von der Einlaßseite her ausgeht und zur Zündkerzenbohrung führt.

Es ist weiterhin auch schon eine Brennkraftmaschine bekannt (GB-OS 20 81 809), bei der zwei Einlaßventile und ein Auslaßventil vorgesehen sind, wobei die drei Öffnungen in den Brennraum an den Ecken eines Dreieckes angeordnet sind und ein Heißteil, nämlich eine Kraft stoff-Einspritzdüse, zwischen dem Auslaßventil und einem der Einlaßventile liegt. Eines der Einlaßventile und das Auslaßventil sind auf der Seite des Zylinder kopfes angeordnet, zu der hin auch der Auslaßkanal ver läuft; das andere Einlaßventil und die beiden Einlaß kanäle sind der gegenüberliegenden Zylinderkopfseite zugeordnet. Zu dieser Seite hin versetzt, zwischen dem Einlaßventil und dem Auslaßventil, befindet sich auch die Einspritzdüse.

Das bei dieser Brennkraftmaschine vorgesehene Kühlsystem zum Schutz des Bereiches zwischen Auslaßventil und Ein spritzdüse vor thermischer Überlastung weist einen etwa parallel zum Auslaßkanal und neben bzw. unter diesem verlaufenden Kühlkanal auf, der mit einem Kühlwasserraum im Zylinderkopf zwischen den drei Ventilen in Verbindung steht. Von diesem Kühlwasserraum erstreckt sich eine Kühlkanalbohrung durch den Wandbereich zwischen der Einspritzdüse und dem Auslaßkanal sowie ein weiterer Kühlwasserkanal durch die Wand zwischen den beiden Ein laßventilen hindurch. Die Hauptkühlwirkung wird folglich durch den parallel zum Auslaßkanal verlaufenden Kühlkanal erzielt, während der eigentlich zu schützende Bereich zwischen dem Auslaßventil und der Einspritzdüse nur eine geringere Kühlwirkung erfährt. Dies rührt daher, daß infolge des relativ größer bemessenen Kühlkanals zwischen den beiden Einlaßventilen die Kühlwasserströmung aus dem zwischen den Ventilen befindlichen Kühlwasserraum haupt sächlich dort verläuft, während aufgrund des größeren Widerstandes der Kühlwasserbohrung dort ein geringerer Durchfluß zu erwarten ist.

Es ist weiterhin auch eine Kolben-Brennkraftmaschine bekannt (CH-PS 6 28 399), die zwei Einlaß- und zwei Auslaß ventile besitzt. Eine Einspritzdüse als Heißteil ist zentral zwischen diesen im Quadrat angeordneten Ventilen vorgesehen. Die Kühlung der Auslaßkanäle und der Ein spritzdüsenbohrung erfolgt mittels Kühlwasser-Ringkanälen, die durch eingesetzte Büchsen um die Auslaßkanäle sowie um die Einspritzdüsenbohrung herum geschaffen sind. Diese Kühlwasser-Ringkanäle werden durch waagrecht ver laufende Kühlwasserkanäle von der Zylinderkopfseite her versorgt, welche über einem weiteren System von Kühl kanälen verlaufen, die zur Kühlung des Zylinderdeckel bodens unmittelbar über dem Brennraum dienen. In diesem Deckelboden-Kühlsystem sind ebenfalls von der Seite des Zylinderkopfes her eingebrachte Kühlwasserbohrungen vor gesehen, von denen jeweils zwei zu beiden Seiten der Einlaß- und Auslaßöffnungen im Zylinderdeckel vorbei geführt sind. Diese Kühlwasserbohrungen erstrecken sich jedoch nicht in den Wandungsbereich zwischen den Einlaß- bzw. Auslaßkanälen und der Einspritzdüsenbohrung.

Auch hier gilt wieder, daß es bei einer Brennkraftmaschine mit zwischen den Auslaßkanälen liegender Zündkerzenbohrung, die schräg angeordnet ist, um der darüberliegenden Nockenwelle auszuweichen, unmöglich ist, Kühlwasser-Ringkanäle um die Zündkerzenbohrung herum sowie um die Auslaßkanäle vorzu sehen.

Schließlich ist es von einem Kreiskolbenmotor her bekannt, Kühlkanäle für die Kühlung der Zündkerzenbohrung zu dieser zu führen, jedoch weist dieser Motor keine Einlaß- und Auslaßkanäle im Bereich der Zündkerzenbohrung auf, so daß das hier behandelte Problem nicht auftritt (DE-GBM 19 96 762). Vielmehr können dort die Kühlkanalbohrungen problemlos nahe und ohne Behinderung durch andere Öffnungen an die Zünd kerzenbohrung herangeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs geschilderten bekannten Brennkraftmaschine und bei Anordnung von zwei Auslaßventilen und schräg verlaufender Zündkerzenbohrung zwischen den Auslaßkanälen, ein Kühl system zu schaffen, das einen aureichenden Schutz der Zündkerzenbohrung vor thermischer Überlastung durch die daran vorbeigeführten Auslaßkanäle ergibt und überdies eine einfache Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Ausgestaltung gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Die Kühlkanalbohrungen erstrecken sich somit schräg nach oben verlaufend durch den Wandteil zwischen den Auslaß kanälen und der Zündkerzenbohrung hindurch und münden jeweils über dem zugeordneten Auslaßkanal in einen Kühl wassermantel des Zylinderkopfes, der ebenfalls mit dem Kühlwassermantel des Zylinderblockes in Verbindung steht. Da dieser Kühlwasserraum oberhalb der Auslaßkanäle auf grund der unvermeidlichen Strömungswiderstände einen geringeren Kühlwasserdruck aufweist als er am Eingang der Kühlkanalbohrungen, nämlich an der Verbindungsstelle zum Kühlwassermantel des Zylinderblockes, vorliegt, ist sichergestellt, daß trotz der notwendigerweise im Querschnitt nur kleinen Kühlkanalbohrungen Kühlwasser in ausreichender Menge hindurchgefördert wird. Durch den Verlauf schräg nach oben ist die Länge dieser Kühl kanäle auch kürzer als wenn diese zunächst parallel zur Zylinderkopfunterseite eingeführt und dann durch Bohrungen von oben her ergänzt werden. Auch dies verringert den Durchströmungswiderstand, so daß eine ausreichende Kühl wirkung gewährleistet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine nach Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2, und

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemäße Brenn kraftmaschine 10 mit einer einzigen obenliegenden Nocken welle weist einen Zylinderblock 11 mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Zylindern 14 auf. Auf dem Zylinder block 12 ist ein Zylinderkopf 13 mit einer dazwischen liegenden Kopfdichtung 12 montiert. Die Innenfläche jedes Zylinders 14, die Oberseite des in dem Zylinder aufge nommenden Kolbens 15 sowie ein zurückgenommener Teil 13 a in der Unterseite des Zylinderkopfes 13, der jedem Zylinder 14 gegenüberliegt, definieren einen Brennraum 16. Jeder Brennraum 16 weist ein Paar von Einlaßkanälen 17 auf, die von der einen Seite 13 b des Zylinderkopfes 13 zum Brenn raum führen, sowie ein Paar von Auslaßkanälen 18, die vom Brennraum 16 zur anderen Seite 13 c des Zylinderkopfes 13 verlaufen. Die Mündungen 17 a und 18 a der Einlaß- und Auslaßkanäle 17, 18, die in dem zurückgenommenen Teil 13 a des Zylinderkopfes 13 liegen, sind an den jeweiligen Ecken eines Rechteckschemas angeordnet. Den Einlaß- und Auslaß kanälen 17, 18 sind Einlaßventile 19 bzw. Auslaßventile 20 zugeordnet. Die Schäfte 19 a der Einlaßventile 18 sowie die Schäfte 20 a der Auslaßventile 20 erstrecken sich nach oben über die Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 hinaus. Jedes Einlaßventil 19 wird durch eine Ventilfeder 25 in die Schließstellung gezogen; die Ventilfeder 25 ist zwischen einem Federteller 21 und einem Federsitz 23 gespannt, der in der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 an der Stelle eingearbeitet ist, durch die der Ventil schaft 19 a hindurchragt. Entsprechend wird auch jedes Auslaßventil 20 durch eine Ventilfeder 26 in die Schließ stellung gezogen, die zwischen einem Federteller 22 und einem Federsitz 24 vorgespannt ist. Der Federsitz 24 ist ebenfalls in der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 an der Stelle angearbeitet, duch welche der Ventilschaft 20 a hindurchragt.

Eine Nockenwelle 27 liegt parallel zu der nicht gezeigten Kurbelwelle auf der Oberseite 13 d des Zylinderkopfes 13 zwischen der Einlaßventil-Reihe 19 und der Auslaßventil- Reihe 20. Lagerflächen 27 a der Nockenwelle 27 sind dreh bar in Lagerausnehmungen aufgenommen und abgestützt, die von nach oben offenen halbkreisförmigen Ausnehmungen in Tragwänden 28 an den gegenüberliegenden Wänden des Zylinderkopfes 13 sowie zwischen benachbarten Zylindern gebildet sind. Nach oben hin sind die Lagerflächen 27 a durch Lagerschalen 30 mit nach unten offenen halbkreis förmigen Ausnehmungen gehalten, die mittels Schrauben 29 an den jeweiligen Tragwänden 28 festgeschraubt sind. Zwischen jedem Paar von benachbarten Lagerflächen 27 a sind ein Paar von Nocken 27 b zur Betätigung der Einlaß ventile 19 und ein Paar von Nocken 27 c zur Betätigung der Auslaßventile 20 auf der Nockenwelle 27 angeordnet. Parallel zur Nockenwelle 27, oberhalb und zu gegenüber liegenden Seiten davon, erstrecken sich zwei Kipphebel achsen 31 und 32, auf denen zur Betätigung der Einlaß ventile 19 jedes Zylinders ein Paar von Kipphebeln 33 bzw. zur Betätigung der Auslaßventile 20 jedes Zylinders ein Paar von Kipphebeln 34 schwenkbar gelagert sind. Die Kipphebelachsen 31, 32 sind auf den Lagerschalen 30 mittels der bereits erwähnten Schrauben 29 über Halteelemente 35 fixiert. Die Einlaßventile 19 und die Auslaßventile 20 werden in bekannter Weise beim Umlauf der Nockenwelle 27 zu den jeweils vorgesehenen Steuer zeiten geöffnet bzw. geschlossen.

In Zündkerzenlöcher 36, die im Zylinderkopf 13 gebildet sind, sind Zündkerzen 37 eingeschraubt. Jedes Zünd kerzenloch 36 verläuft schräg zwischen den beiden Aus laßkanälen 18 jedes Zylinders, so daß sein inneres Ende 36 a an einer Stelle mündet, die von den Einlaß öffnungen 17 a und den Auslaßöffnungen 18 a eingeschlossen ist, d. h. im Zentrum des Brennraumes 16 liegt. Das äußere Ende 36 b des Zündkerzenloches 36 mündet an der Kante des Zylinderkopfes 13 zwischen dessen Oberseite 13 d und der Seitenfläche 13 c, in welcher auch die äußeren Enden 18 b der Auslaßkanäle 18 münden. Die Mündung 36 b des Zünd kerzenloches liegt hier ebenfalls zwischen den Mündungen 18 b der Auslaßkanäle 18. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Zündkerze 37 ein- und ausgeschraubt werden kann, ohne daß die Nockenwelle 27, der Ventilantrieb auf der Außen seite od. dgl. im Wege sind. Der Teil des Zündkerzenloches 26, der nahe an dessen innerem Ende 36 a liegt, bildet ein Innengewinde 36 c, in welches das Außengewinde 37 a der Zündkerze 37 eingeschraubt werden kann. Bei eingeschraubter Zündkerze 37 ragt die Zündelektrode 37 b der Zündkerze 37 vom Zentrum der Oberseite des Brennraumes 16 in den Brenn raum hinein.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 4 hervorgeht, ist unter jedem Auslaßkanal 18 in der Unterfläche 38 des Zylinderkopfes 13 ein Kühlwassereinlaß 41 zur Zufuhr von Kühlwasser aus einem Kühlwassermantel 39 des Zylinderblockes 11 in einen Kühlwassermantel 40 des Zylinderkopfes 13 vorgesehen. Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, ist für jeden Zylinder ein Paar von Bohrungen 42 vorgesehen. Eine Bohrung 42 ₁ erstreckt sich von dem (in Fig. 4) oberen Kühlwasser einlaß 41 ₁ durch die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzen bohrung 36 und dem unteren Auslaßkanal 18 ₂ hindurch und stellt eine Verbindung mit dem oberen Kühlwassereinlaß 41 ₁ und dem Kühlwassermantel 40 her. Die andere Bohrung 42 ₂ verläuft von dem unteren Kühlwassereinlaß 41 ₂ durch die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzenbohrung 36 und dem oberen Auslaßkanal 18 ₁ hindurch und verbindet somit den unteren Kühlwassereinlaß 41 ₂ mit dem Kühlwassermantel 40. Die Bohrungen 42 ₁ und 42 ₂ durchsetzen einander. Somit ist die Zündkerzen-Gewindebohrung 36 c gegenüber den Auslaßkanälen 18 durch die Bohrungen 42 isoliert, wie sich aus Fig. 4 ergibt. Vorzugsweise ist Lage und Richtung jeder Bohrung 42 so gewählt, daß die Bohrung mittels eines Bohrers (bei A in Fig. 4 angedeutet) aus gehend von der Unterseite des Zylinderkopfes 13 durch den Kühlwassereinlaß 41 hindurch hergestellt werden kann. Der Auslaßkanal 18 weist in einem der Bohrung 42 benach barten Bereich einen verdickten Wandabschnitt 43 auf, um zu verhindern, daß der Bohrer A beim Herstellen der Bohrung 42 in den Auslaßkanal 18 hinein abweicht und eine Verbindung zwischen der Bohrung 42 und dem Auslaß kanal 18 herstellt.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die das Zündkerzenloch 36 definierende Wand 44 und die Wände 45, die die Aus laßkanäle 18 bilden, durch einen dazwischenliegenden Kühlwasserkanal 46 voneinander getrennt, so daß in den Kühlwassermantel 40 über die Kühlwassereinlässe 41 zu geführtes Kühlwasser diesen Kühlwasserkanal 46 durchströmt, wie durch Pfeile X angedeutet ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung kann die Zünd elektrode 37 b bei in die Zündkerzenbohrung 36 eingeschraubter Zündkerze 37 aufgrund des Schrägverlaufes der Zündkerzen bohrung 36 zwischen den Auslaßkanälen 18 zentral im Brenn raum 18 angeordnet werden. Das erlaubt eine einwandfreie Zündung und Ausbreitung der Flammfront im Brennraum auch in Anbetracht der Tatsache, daß in dem Zylinderkopf 13 jeweils ein Paar breiter Einlaßkanäle 17 ausgebildet ist.

Aufgrund der Anordnung der Zündkerze 37 zwischen den Aus laßkanälen wird Wärme von dem die Auslaßkanäle 18 durch strömenden heißen Abgas zur Zündkerze 37 hin übertragen und führt bei herkömmlicher Ausbildung zu einer thermischen Zerstörung der Zündkerze, insbesondere der Zündkerzen- Gewindebohrung 36 c und des Zündkerzengewindes 37 c in dem zum Brennraum 16 gerichteten Teil der Unterwand 38. Bei der hier beschriebenen Brennkraftmaschine kühlt jedoch das die Bohrungen 42 aufgrund des Druckgefälles zwischen den Kühlwassereinlässen 41 und dem Kühlwassermantel 40 durchströmende Kühlwasser die Gewindeteile 36 c und 37 c an der Zündkerze 37. Außerdem wird die Zündkerze 37 über die Wand 44 durch dasjenige Kühlwasser gekühlt, das den Kühlwasserkanal 46 zwischen den Wänden 45 der Auslaßkanäle 18 und der Wand 44 der Zündkerzenbohrung 36 durchströmt. Auf diese Weise kann die Zündkerze 37 effektiv vor thermischer Überlastung und Zerstörung geschützt werden.

Claims

1. Fremdgezündete Kolben-Brennkraftmaschine, bei der im Zylinderkopf eine Zündkerzenbohrung derart schräg zur Zylinderachse verläuft, daß die Zündelektrode einer in die Zündkerzenbohrung eingeschraubten Zündkerze zentral im Brennraum angeordnet ist, und bei der in der den Brennraum definierenden Wand des Zylinder kopfes im Bereich des Auslaßkanals und der Zündkerzen bohrung Kühlkanalbohrungen verlaufen, die mit dem Kühlwassermantel des Zylinderblocks verbunden sind und in einen Kühlwasserraum des Zylinderkopfes münden, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Paar von Auslaßkanälen (18) je Zylinder und zwischen den Auslaßkanälen (18) angeordneter Zündkerzenbohrung (36) ein Paar von Kühlkanalbohrungen (42) vorgesehen ist, die an gegenüberliegenden Seiten der Zündkerzenbohrung (36) liegen und ausgehend von einer Verbindungsstelle (41) des Zylinderkopfes mit dem Kühl wassermantel (39) des Zylinderblocks zwischen der Zünd kerzenbohrung (36) und jeweils einem Auslaßkanal (18) verlaufen und über diesem Auslaßkanal (18) in den Kühlwasserraum (40) münden.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Kühlkanalbohrungen (42 ₁ oder 42 ₂) von einer Verbindungsstelle (41 ₁ bzw. 41 ₂) unterhalb des einen der Auslaßkanäle (18) ausgeht, zwischen der Zündkerzen bohrung (36) und dem anderen der Auslaßkanäle (18) hindurch verläuft und oberhalb des anderen der Auslaßkanäle (18) mündet.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalbohrungen (42 ₁, 42 ₂) einander durchsetzen.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Einlaßventilen vorgesehen ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanalbohrungen (42) gerade ver laufen und in einen Teil eines Kühlwassermantels (40) des Zylinderkopfes münden.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zündkerzenbohrung (36) und jedem der Auslaßkanäle (18) ein Kühlwassermantel (40) ausge bildet ist.