DE4208725A1 - Verbrennungsmotor-zylinderkopfstruktur - Google Patents
Verbrennungsmotor-zylinderkopfstrukturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Struktur von Zylinderköpfen von
Verbrennungsmotoren und insbesondere die Zylinderkopfstruk
tur von 4-Ventil-Verbrennungsmotoren, die mit zwei Ein
laßventilen und zwei Auslaßventilen pro Zylinder ausgestat
tet sind.
Im Brennpunkt der Konstruktion von Auto-Verbrennungsmotoren
steht die Kompaktheit der Verbrennungskammern, und zwar mit
dem Ziel, Verbesserungen bei der Verbrennung zu erzielen
(d. h. eine verbesserte thermische Effizienz, eine verbes
serte Klopffestigkeit usw.). Im einzelnen sind 4-Ventilmoto
ren, die mit zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen
pro Zylinder ausgestattet sind, so ausgelegt, daß jedes
Einlaßventil in unmittelbarer Nähe zu einem Auslaßventil
angeordnet ist. Die kompakte Auslegung der Verbrennungskam
mer bildet den Schwerpunkt der meisten Konstruktionen. Da
das Einlaßventil aufgrund eines Bedarfs für eine verbesser
te Ladeeffizienz größer ausgelegt ist als das Ausgangsven
til, sind gewöhnlicherweise die Einlaß- und Auslaßöffnun
gen, die in die Verbrennungskammer münden, jeweils entlang
gerader Linien ausgerichtet, die an gegenüberliegenden Sei
ten einer Diametrallinie der Verbrennungskammer, abgerückt
von dieser Linie, verlaufen. Die Einlaß- und die Auslaßöff
nungen sind so angeordnet, daß sie benachbart sind zu der
vertikalen Mittenlinie der Verbrennungskammer. Jede Ein
laßöffnung ist naher an dem Zentrum der Verbrennungskammer
angeordnet als die Auslaßöffnung. Eine derartige Einlaß- und
Auslaßöffnungs-Anordnung ist beispielsweise bekannt aus
der japanischen Patentanmeldung No. 63-2 73 746 mit dem
Titel "Combustion Chamber of Engine", die am 28.10.1988
eingereicht und als japanische ungeprüfte Patentveröffent
lichung Nr. 2-1 19 617 am 7. Mai 1990 veröffentlicht worden
ist.
Bei der in der vorstehend genannten Veröffentlichung be
schriebenen Anordnung, bei der die beiden Auslaßöffnungen
in unmittelbarer Nähe zueinander vorgesehen sind, erreicht
der Bereich einer Verbrennungskammer, in die die beiden
Auslaßöffnungen münden, ohne weiteres hohe Temperaturen.
Dies führt zum Klopfen und insbesondere zum Vorzündungs
klopfen. Insbesondere bei aufgeladenen Motoren ist das Auf
treten eines solchen Klopfens aufgrund der Anordnung der
Auslaßöffnungen ein schwerwiegendes Problem, da einer der
Faktoren, der bestimmt, wie effizient ein Motor seine Lei
stung abgibt, während er unter Aufladung betrieben wird,
das Auftreten von Klopfen ist. Wenn ein solcher Motor unter
Aufladungsbedingungen betrieben wird, muß die Betriebssi
cherheit von Teilen des Zylinderkopfs verbessert werden, da
in den Zylindern eine extrem hohe thermische Last auftritt.
Bei einem Motor, bei dem zwei Auslaßöffnungen in unmittel
barer Nähe zueinander angeordnet sind, ist ein zwischen den
Auslaßöffnungen des Zylinderkopfs vorgesehener, als "Ven
tilbrücke" bezeichneter Abschnitt, ebenso wie ein Abschnitt
zwischen jeder der Auslaßöffnungen und einer Zündkerze, je
doch mit einem relativ geringen Querschnitt ausgebildet.
Die Ventilbrücke kann deshalb nicht ausreichend gekühlt
werden. Deshalb weist der Motor unter hoher thermischer
Last eine verminderte Betriebssicherheit auf.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Zylinderkonstruktion eines 4-Zylindermotors oder eines an
deren Motors mit zwei Einlaßventilen und zwei Auslaßventi
len pro Zylinder mit Bezug auf seine Klopffestigkeit und
die Betriebssicherheit des Zylinderkopfes zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe insbesondere dadurch, daß jeder
Zylinder mit einem "Verengungsbereich" bzw. "Quetschbe
reich" oder "Druckbereich" zwischen zwei Auslaßöffnungen
ausgebildet ist, die in eine Verbrennungskammer münden und
in Richtung einer Zylinderreihe Seite an Seite angeordnet
sind.
Mehr im einzelnen wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst
durch eine spezielle Verbrennungsmotorkonstruktion, bei
welcher eine Mehrzahl von Zylindern in einer Reihe angeord
net und mit zwei Einlaß- und zwei Auslaßventilen pro Zylin
der ausgestattet ist. Ein Luft-Kraftstoffgemisch wird in
die Verbrennungskammer so eingeleitet, daß es während eines
Kompressionshubs hauptsächlich auf einer Seite der Verbren
nungskammer nahe von Einlaßöffnungen konzentriert ist. Der
Verbrennungsmotor ist mit zwei Einlaßöffnungen pro Zylinder
ausgebildet. Die Einlaßöffnungen sind benachbart zueinander
sowie auf einer Seite einer Mittellinie der Zylinderreihe
sowie Seite an Seite in einer Richtung parallel zu der Zy
linderreihe angeordnet. Der Motor umfaßt zwei Auslaßöffnun
gen pro Zylinder. Die Auslaßöffnungen sind an der anderen
Seite der Mittenlinie benachbart zueinander Seite an Seite
angeordnet. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen verlaufen in
dieselbe Richtung. Jede von zwei benachbarten Einlaßöffnun
gen ist von der anderen getrennt. Zentren der beiden be
nachbarten Einlaßöffnungen sind mit einem geringeren Ab
stand voneinander angeordnet als ein Abstand zwischen Zen
tren oder Mittelpunkten der beiden benachbarten Auslaßöff
nungen. In der Verbrennungskammer ist zwischen den beiden
benachbarten Auslaßöffnungen ein Vorsprung oder ein ähnli
ches Element vorgesehen. Der Vorsprung weist eine flache
oder ebene Unterfläche auf, die sich von einer unteren
Peripherie einer unteren Wand des Zylinderkopfes erstreckt
und einen Verengungs- oder "Quetsch"-Bereich zwischen dem
Zylinderkopf und dem Kolben bildet, um auf der Seite der
Auslaßöffnungen in der Verbrennungskammer eine Turbulenz
oder Wirbelströmung eines Luft-Kraftstoffgemisches zu ver
ursachen. Verbrennungskammern mit einem derartigen Veren
gungsbereich werden typischerweise bezeichnet als Verbren
nungskammern vom "Verengungstyp" ("squash type"). Eine Ver
brennungskammer vom Verengungstyp ist eine spezielle Art
von Verbrennungskammer, bei welcher an einer Position nahe
dem Ende eines Kompressionshubs eines Kolbens ein Ver
brennungskammervolumen verengt oder reduziert ist, um ein
Luft-Kraftstoffgemisch in den verengten Bereich (Veren
gungsbereich) positiv zu zwingen. In Übereinstimmung mit
der Erfindung ist der Verengungsbereich so konfiguriert,
daß er eine Wirbelströmung des Luft-Kraftstoffgemisches er
zeugt. Eine oder beide der beiden benachbarten Einlaßöff
nungen sind so ausgebildet, daß eine taumelnde turbulente
Strömung eines Luft-Kraftstoffgemisches erzeugt und auf die
Auslaßöffnungen gerichtet wird.
Der Motor umfaßt ferner Kühlmittel, wie einen Wassermantel,
der in dem Zylinderkopf so ausgebildet ist, daß ein wässe
riges Motorkühlmittel durch den Zylinderkopf strömt. Das
Kühlmittel strömt von einer Seite, an der die beiden Aus
laßöffnungen ausgebildet sind, auf eine Seite, an welcher
die beiden Auslaßöffnungen ausgebildet sind. Ferner strömt
das Kühlmittel anfänglich zwischen den beiden Auslaßöffnun
gen und dann auf einer Seite jeder Einlaßöffnung, die von
der anderen Einlaßöffnung in der Richtung der Zylinderreihe
entfernt ist.
Da erfindungsgemäß ein vergleichsweise großer Raum zwischen
den Auslaßöffnungen belassen ist, ist ein großer Veren
gungsbereich zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf an
der Auslaßöffnungsseite der Verbrennungskammer ausgebildet.
Aufgrund dessen ist das Luft-Kraftstoffgemisch an dem Ende
eines Kompressionshubs hauptsächlich innerhalb der Verbren
nungskammer an der Einlaßöffnungsseite durch eine starke
Verengungsströmung des Luft-Kraftstoffgemisches konzen
triert, die an der Auslaßöffnungsseite hervorgerufen ist.
Dies resultiert in weniger Klopfen im Bereich der Auslaß
öffnungen, welcher Bereich ohne weiteres höhere Temperatu
ren erreicht. Außerdem kommt es zu keiner Abnahme der Stärke
zwischen einem Abschnitt des Zylinders, an dem eine Zünd
kerze installiert ist, und den Auslaßöffnungen oder der
Ventilbrücke. Außerdem kommt es zu keiner Verringerung des
Raums zwischen benachbarten Auslaßöffnungen. Deshalb kann
selbst unter hoher thermischer Last die Betriebssicherheit
des Zylinderkopfs gewährleistet werden.
Bei dem Motor, bei welchem eine "taumelnde" oder turbulen
te Strömung innerhalb der Verbrennungskammer erzeugt wird,
strömt ein Luft-Kraftstoffgemisch, das in die Verbrennungs
kammer über die Einlaßöffnungen eintritt, normalerweise
entlang der Zylinderwandung und der obenliegenden Kolben
fläche auf die Auslaßöffnungen gegenüberliegend zu den Ein
laßöffnungen. Dadurch wird eine taumelnde oder turbulente
Strömung des Luft-Kraftstoffgemisches erzeugt. Insbesondere
wird am Ende des Kompressionshubs die Taumelströmung des
Luft-Kraftstoffgemisches gegen die Auslaßöffnungen gezwun
gen, so daß das Luft-Kraftstoffgemisch dazu tendiert, sich
auf der Seite der Auslaßöffnungen in der Verbrennungskammer
zu sammeln. Durch eine starke Verengung oder Kompression
des Luft-Kraftstoffgemisches, die auf der Seite des Zylin
ders verursacht ist, an welcher die Auslaßöffnungen vorge
sehen sind, wird jedoch die taumelnde Strömung des
Luft-Kraftstoffgemisches auf die Seite des Zylinders zurückge
worfen, an der die Einlaßöffnungen vorgesehen sind, so daß
das Luft-Kraftstoffgemisch hauptsächlich auf der Seite der
Einlaßöffnungen in der Verbrennungskammer konzentriert ist.
Als Ergebnis davon wird ein Klopfen unterdrückt, das in ei
nem ohne weiteres hohe Temperaturen erreichenden Bereich
der Verbrennungskammer um die Auslaßöffnungen herum erzeugt
wird.
Da wässeriges Kühlmittel, das in dem Zylinderkopf von der
Auslaßöffnungsseite zu der Einlaßöffnungsseite strömt,
anfänglich zwischen den Auslaßöffnungen fließt, kühlt es
einen Abschnitt des Zylinderkopfes zwischen den benachbar
ten Auslaßöffnungen ausreichend. Ferner wird das wässerige
Kühlmittel, nachdem es zwischen den Auslaßöffnungen hin
durchgeströmt ist, so abgelenkt, daß es über eine Seite je
der der benachbarten Einlaßöffnungen strömt, die von einer
anderen der benachbarten Einlaßöffnungen entfernt ist. Ab
schnitte um die benachbarten Auslaßöffnungen und Ein
laßöffnungen werden deshalb adäquat und ausreichend
gekühlt. Aus diesem Grund wird der Zylinderkopf auf der
Seite der Auslaß- oder Abgasöffnungen, die großen ther
mischen Belastungen ausgesetzt sind, effektiv gekühlt. Aus
diesem Grund tritt ein Klopfen wesentlich weniger häufig
selbst dann auf, wenn der Motor hohen thermischen Bela
stungen ausgesetzt ist, was seine Betriebssicherheit ver
bessert.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert werden. In dieser zeigen:
Fig. 1 eine vertikale Querschnittsansicht eines erfin
dungsgemäßen 4-Ventil-Verbrennungsmotors mit zwei
Einlaß- und zwei Auslaßventilen pro Zylinder;
Fig. 2 eine Bodenansicht des Zylinderkopfs des Motors
von Fig. 1 und
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III
von Fig. 1.
Wie aus den Fig. 1 und 2 im einzelnen hervorgeht, weist ein
4-Ventil-Verbrennungsmotor mit zwei Einlaß- und zwei Aus
laßventilen Zylinder auf, die in Übereinstimmung mit einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gestaltet sind.
Der 4-Ventilmotor umfaßt einen Zylinderblock 1, einen Zy
linderkopf 2, der befestigt ist an oder angeordnet ist an
einer Oberseite des Zylinderblocks 1, und zwar über eine
Zylinderkopfdichtung 31 und ein Steuerkurven- bzw. -nocken
gehäuse 3, das obere und untere Gehäusehälften 3a und 3b
umfaßt. Das Steuerkurvengehäuse 3 ist an dem Zylinderkopf 2
befestigt und enthält die Einlaß- und Auslaßventil-An
triebsnocken 21 und 25. Der Zylinderblock 1 ist mit einer
Mehrzahl von Zylinderbohrungen 4 ausgebildet, in denen Zy
linder 5 passend im Gleitsitz aufgenommen sind. Eine Ver
brennungskammer 6 ist in jedem Zylinder ausgebildet und
durch eine konische Wandfläche 2a, 2b festgelegt, die an
dem Boden des Zylinderkopfs 2 ausgebildet ist, sowie durch
einen oberen Abschnitt der Zylinderbohrung 4 und der
Kopffläche des Zylinders 5.
Auf der einen, d. h. der in Fig. 1 rechten Seite, der hori
zontalen Mittenlinie X (s. Fig. 3), welche die oben
liegenden Punkte der konischen Fläche 2a, 2b des Zylinder
kopfs 2 durchsetzt, sind zwei Einlaßöffnungen 7 und 8 vor
gesehen. Die Einlaßöffnungen 7 und 8 leiten und richten
frische Luft in die Verbrennungskammer 6 und sind in dem
Zylinderkopf 2 unabhängig ausgebildet sowie in einer Reihe
angeordnet, die von der horizontalen Mittenlinie X ent
fernt oder abgesetzt ist. Jede der Einlaßöffnungen 7 und 8
mündet an einem Ende, an dem ein Einlaßventilsitz 9a oder
9b ausgebildet ist, in die Verbrennungskammer 6 und an dem
anderen Ende auf eine Seitenwand, d. h. die rechte Seiten
wand des Zylinderkopfs 2. Die Einlaßöffnungen sind so aus
gebildet, daß sie in die Verbrennungskammer 6 eingeleitete
Ströme von Luft-Kraftstoffgemisch durch die Kammer sowie
auf die Auslaßöffnungen 11 und 12 richten (die nachfolgend
im einzelnen näher beschrieben werden), die gegenüberlie
gend zu den Einlaßöffnungen 7 und 8 vorgesehen sind. Dies
verursacht eine taumelnde oder turbulente Strömung des
Luft-Kraftstoffgemisches innerhalb der Verbrennungskammer
4. Die Einlaßventilsitze 9a und 9b, die an den in die Ver
brennungskammer 6 mündenden Enden der Einlaßöffnungen 7 und
8 ausgebildet sind, sind Seite an Seite in einer Richtung
der Reihe der Zylinderbohrungen 4 angeordnet. Wie aus dem
Stand der Technik bekannt, sind die Einlaßöffnungen 7 und 8
an ihren stromaufwärtigen Enden durch einen nicht darge
stellten Einlaßkrümmer bzw. eine Einlaßkrümmeranordnung an
dem Zylinderkopf 2 befestigt. Ein mechanischer Auflader 40,
der durch eine nicht dargestellte Ausgangswelle des Motors,
wie beispielsweise eine Kurbelwelle angetrieben wird, ist
in dem Einlaßkrümmer zum Zuführen aufgeladener Luft in die
Verbrennungskammer 6 vorgesehen. In ähnlicher Weise sind
auf der anderen Seite, d. h. in Fig. 1 auf der linken Seite
der horizontalen Mittenlinie X zwei Auslaß- oder Ab
gasöffnungen 11 und 12 zum Auslassen oder Entladen ver
brannter Gase aus der Verbrennungskammer 6 vorgesehen. Die
Abgasöffnungen bzw. Auslaßöffnungen 11 und 12 sind in dem
Zylinderkopf 2 unabhängig ausgebildet und in einer Reihe
angeordnet, die von der horizontalen Mittenlinie X be
abstandet ist. Jede der Auslaßöffnungen 11 und 12 mündet an
dem Ende, an dem ein Auslaßventilsitz 13a oder 13b ausge
bildet ist, in die Verbrennungskammer 6, und an dem anderen
Ende auf eine Seite, d. h. die linke Seite der Wandung
des Zylinderblocks 2. Die Auslaßventilsitze 13a und 13b,
die an dem Ende der Auslaßöffnungen 11 und 12 ausgebildet
sind, das in die Verbrennungskammer 6 mündet, sind Seite an
Seite in einer Richtung der Reihe der Zylinderbohrungen 4
angeordnet. Die beiden unabhängigen Auslaßöffnungen 11 und
12 sind an ihren stromabwärtigen Enden zusammengeführt, um
eine einzige Auslaßöffnung 10 zu bilden, welche in die lin
ke Seitenwand des Zylinderkopfs 2 mündet. Der Zylinderkopf
2 ist mit einer vertikalen Bohrung 14 ausgebildet (s. Fig.
2) und zwar an dem Zentrum der Verbrennungskammer 6, um da
rin eine nicht dargestellte Zündkerze aufzunehmen.
In dem Zylinderkopf 2 sind für jeden Zylinder zwei Ein
laßventile 16 enthalten. Die Einlaßventile öffnen und
schließen Ventilsitze 9a und 9b an den Enden der Ein
laßöffnungen 7 und 8. Jedes Einlaßventil 16 weist einen
Ventilstößel 16a auf, der durch eine Buchse oder eine
Stößelführung 16b, die in dem Zylinderkopf 2 befestigt
ist, zur auf- und abgleitenden Bewegung gelagert ist. Das
Einlaßventil 16 wird durch eine Ventilfeder 18 vorgespannt,
die auf dem Ventilstößel 16a angebracht und durch einen
Federhalter 17 gehaltert ist, der an dem Ventilstößel 16a
befestigt ist, um die Einlaßöffnung 7 oder 8 durch eine
Aufwärtsbewegung zu schließen. Zum Schließen und Öffnen der
Einlaßöffnung 7 oder 8 wird das Einlaßventil 16 durch einen
Einlaßnocken 21 angetrieben, der betriebsmäßig mit dem Ven
tilstößel 16a durch einen dazwischen angeordneten Schwing
arm 20 verbunden ist. Die Einlaßöffnung wird mit einer
gewünschten Zeitsteuerung über den Schwingarm geöffnet und
geschlossen. Der Schwingarm 20 wirkt mit einem hydrauli
schen Ventilspieleinsteller 19 zusammen. In ähnlicher Weise
sind für jeden Zylinder in dem Zylinderkopf 2 zwei Aus
laßventile 22 enthalten. Die Auslaßventile 22 öffnen und
schließen Ventilsitze 13a und 13b an den Enden der Aus
laßöffnungen 11 und 12. Jedes Auslaßventil 22 weist einen
Ventilstößel 22a auf, der zur auf- und abwärts gleitenden
Bewegung durch eine Buchse oder eine Stößelführung 22b ge
lagert ist, die in dem Zylinderkopf 2 befestigt ist. Das
Auslaßventil 22 wird durch eine Ventilfeder 24 vorgespannt,
die an dem Ventilstößel 22a angebracht und durch einen Fe
derhalter 23 gehaltert wird, der an dem Ventilstößel 22a
befestigt ist, um die Auslaßöffnung 11 oder 12 durch eine
Aufwärtsbewegung zu schließen. Zum Öffnen und Schließen der
Auslaßöffnung 11 oder 12 wird das Auslaßventil 22 durch ei
nen Auslaßnocken 25 angetrieben, der betriebsmäßig durch
einen dazwischen angeordneten Schwingarm 26 mit dem Ven
tilstößel 22a verbunden ist, um mit einer vorgegebenen
Zeitsteuerung die Auslaßöffnung zu öffnen und zu schließen.
Der Schwingarm 26 wirkt mit einem hydraulischen Ventil
spieleinsteller 19 zusammen.
Wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, ist es vorgesehen,
daß die Einlaßventilsitze 9a und 9b an ersten Enden der
Einlaßöffnungen 7 und 8, die in die Verbrennungskammer 6
münden, bezüglich ihrer Zentren oder Mitten C1 und C2 um
einen Abstand auseinander liegen, der kleiner ist als der
Abstand zwischen Zentren C3 und C4 der Auslaßventile 13a
und 13b an den Enden der Auslaßöffnungen 11 und 12, welche
in die Verbrennungskammer 6 münden. Mit anderen Worten lie
gen die Einlaßventilsitze 9a und 9b zueinander benachbart
sowie näher zueinander als dies für die Auslaßventilsitze
13a und 13b der Fall ist. Die Auslaßventilsitze 13a und 13b
sind weiter voneinander entfernt oder voneinander getrennt
als dies für die Einlaßventilsitze 9a und 9b der Fall ist.
Wie aus den Fig. 1 und 2 am besten hervorgeht, ist der
Zylinderkopf 2 auf der konischen Wand 2b mit einem Inland
oder Vorsprung 15 ausgebildet, das oder der eine Oberfläche
aufweist, die in Bezug auf die Verbrennungskammer 6 konkav
ist. Das Inland oder der Vorsprung 15 erstreckt sich ent
lang dem oben liegenden Ende der Zylinderbohrung 4 zwischen
den Außlaßventilsitzen 13a und 13b und einem sogenannten
"Verengungsbereich" ("squash area") in der Verbrennungskam
mer 6.
Wäßriges Kühlmittel wird um die Verbrennungskammer 6 in
dem Zylinderkopf 2 zirkulierend geführt. Der Zylinderkopf 2
ist mit Wassermänteln 27 ausgebildet, durch welche wäßriges
Kühlmittel strömt, das zirkulierend so geführt wird,
daß der Motor gekühlt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind in
den Wassermänteln 27 Trennwände 28 ausgebildet, um die Was
sermäntel 27 teilweise zu isolieren und zu verhindern, daß
wäßriges Kühlmittel, das um die entsprechenden Verbren
nungskammern 6 herum fließt, vermischt wird, oder um zu un
terbinden, daß wäßriges Kühlmittel, das um die entspre
chenden Verbrennungskammern 6 fließt, in die Richtung der
Reihe der Zylinder fließt oder strömt. Die Wassermäntel 27,
die um jede Verbrennungskammer herum ausgebildet sind, kom
munizieren mit einer Kammer 27a für wäßriges Kühlmittel,
die unterhalb der Einlaßöffnungen 7 und 8 ausgebildet ist.
Die Wassermäntel 27 verlaufen in der Richtung der Reihe der
Zylinder. Wäßriges Kühlmittel in den Wassermänteln 27 ver
einigt sich und strömt in die Kammer 27a für flüssiges
Kühlmittel. Die Kammer 27a für flüssiges Kühlmittel steht
in der Richtung der Zylinderreihe über einen Auslaß 27b für
flüssiges Kühlmittel an einem Ende des Zylinderkopfs 2 of
fen. Zwischen benachbarten Auslaßöffnungen 11 und 12 ist
ein Raum ausgebildet, der einen Strom oder ein Fließen des
wäßrigen Kühlmittels durch den Raum erleichtert. Anderer
seits ist jede der benachbarten Einlaßöffnungen 7 und 8
durch eine starre Wand so isoliert, daß kein Raum zwischen
den Öffnungen für einen Fluß oder einen Strom des wäßrigen
Kühlmittels ausgebildet ist. Zwischen der Trennwand 28 und
einem Haben- oder Vorsprungabschnitt 29, in dem eine verti
kale Bohrung 14 zum Zentrum der Verbrennungskammer 6 oder
zum Zentrum der Zylinderbohrung 4 hin verlaufend ausgebil
det ist, ist eine Wandverlängerung 30 ausgebildet. Die
Verlängerung 30 verläuft entlang der Mittenlinie X von
der Trennwand 28 zum Zentrum oder zur Mitte des Vorsprung
abschnitts 29. Die Wandverlängerung 30 verhindert außerdem,
daß wäßriges Kühlmittel, das außerhalb der benachbarten
Auslaßöffnungen 11 und 12 strömt, zwischen denen kein Raum
vorgesehen ist, entlang der Trennwand 28 zu den Ein
laßöffnungen 7 und 8 strömt und zwingt das Kühlmittel, um
die Auslaßöffnungen 11 und 12 herum zu fließen oder zu
strömen. Insbesondere wird ein großer Teil des Kühlmittels
dazu gezwungen, durch den Raum zu strömen, der zwischen je
dem Paar benachbarter Auslaßöffnungen 11 und 12 ausgebildet
ist. Der Zylinderkopf 2 ist außerdem mit einer Übertra
gungspassage 31 ausgebildet, durch welche das wäßrige
Kühlmittel in die Wassermäntel 27 des Zylinderkopfs 2 von
nicht dargestellten Wassermänteln des Zylinderkopfs 1
strömt.
Wäßriges Kühlmittel, das innerhalb der Wassermäntel 27 für
jeden Zylinder 4 strömt, fließt oder strömt von den Aus
laßöffnungen zu den Einlaßöffnungen in einer im wesentli
chen lotrecht zur Zylinderreihe verlaufenden Richtung. Das
Kühlmittel tritt in die Kammer 27a für wäßriges Kühlmittel
an der Seite der Einlaßöffnungen ein, um sich mit Kühlmit
tel zu vereinigen, das sich bereits in der Kammer 27a für
flüssiges Kühlmittel befindet, und dann um zu dem Auslaß
27b für flüssiges Kühlmittel an dem Ende des Zylinderkopfs
2 geleitet zu werden. Im einzelnen fließt oder strömt
wäßriges Kühlmittel in den Wassermantel 27 des Zylinderkopfs 2
unter Passieren der Übertragungspassage 31 von dem Wasser
mantel des Zylinderblocks 1 an der Seite der Auslaßöffnun
gen 11 und 12. Der größte Teil der Kühlflüssigkeit durch
setzt den Raum zwischen den benachbarten Auslaßöffnungen 11
und 12 und trifft mit dem Vorsprungabschnitt 28 unter Auf
trennung in zwei Ströme wäßrigen Kühlmittels zusammen. Das
derart in zwei getrennte Ströme unterteilte wäßrige
Kühlmittel durchsetzt jeweilige Räume zwischen dem Vor
sprungabschnitt 29 und den benachbarten Auslaßöffnungen 11
und 12. Jeder Strom wäßrigen Kühlmittels wird dann so ge
richtet oder gelenkt, daß er zwischen dem Vorsprungsab
schnitt 29 und der Wandverlängerung 30, zwischen der Trenn
wand 28 und den Einlaßöffnungen 7 und 8 in die Kammer 27a
für wäßriges Kühlmittel auf der Seite der Einlaßöffnungen
7 und 8 hindurchtritt. Sämtliches um die jeweiligen Zylin
der 4 geleitetes wäßriges Kühlmittel vereinigt sich in der
Kammer 27a für wäßriges Kühlmittel. Schließlich strömt
oder fließt das wäßrige Kühlmittel auf den Auslaß 27b für
wäßriges Kühlmittel zu in die Richtung der Zylinderreihe
sowie daraufhin aus dem Auslaß 27b für wäßriges Kühlmit
tel heraus zu einem nicht dargestellten Kühler.
Ein in die Verbrennungskammer 6 über die Einlaßöffnungen 7
und 8 eingeleitetes Luft-Kraftstoffgemisch strömt auf die
gegenüber liegenden Auslaßöffnungen 11 und 12 zu, um eine
taumelnde oder turbulente Strömung in der Verbrennungskam
mer 6 zu erzeugen. Eine derartige taumelnde Strömung des
Luft-Kraftstoffgemisches wird am Ende eines Kompressions
hubs zu den Auslaßöffnungen 11 und 12 geleitet oder ge
richtet und das Luft-Kraftstoffgemisch sammelt sich im all
gemeinen an der Auslaßöffnungsseite der Verbrennungskammer
6 an. Die Ventilsitze 13a und 13b, welche die Öffnungen der
Auslaßanschlüsse 11 und 12 bilden und in die Verbrennungs
kammer 6 münden, sind weit entfernt voneinander angeordnet.
Das Inland oder der Vorsprung 17, das oder der zur Ausbil
dung eines "Verengungsbereiches" mit einer konkav zu der
Verbrennungskammer 6 verlaufenden Oberfläche ausgebildet
ist, ist zwischen der oben liegenden Fläche des Kolbens 5
und der konischen Wand 2b am Boden des Zylinderkopfs 2 an
der Peripherie der Verbrennungskammer 6 ausgebildet. Da
durch kann an der Seite der Auslaßöffnungen 11 und 12 in
der Verbrennungskammer 6 am Ende eines Kompressionshubs ein
relativ großer Verengungsbereich vorgesehen werden. Ein
derartiger großer Verengungsbereich schafft einen stark
verengten oder komprimierten Luft-Kraftstoffgemischstrom,
der bei Vollendung eines Kompressionshubs von der Aus
laßöffnungsseite zur Einlaßöffnungsseite der Verbrennungs
kammer 6 gezwungen oder zwangsgeführt wird. Aus diesem
Grunde wird ein taumelnder Strom des Luft-Kraftstoffgemi
sches, der bei Vollendung eines Kompressionshubs auf die
Auslaßöffnungsseite strömt, zurück zur Einlaßöffnungsseite
gezwungen und zwar mittels eines starken Luft-Kratstoffge
misch-Verengungsstroms von der Auslaßöffnungsseite, so daß
das gesamte Luft-Kraftstoffgemisch an der Einlaßöffnungs
seite der Verbrennungskammer 6 angesammelt wird. Dadurch
kann in dem Bereich der Verbrennungskammer 6 um die Aus
laßöffnungen 11 und 12 herum, in dem hohen Temperaturen oh
ne weiteres erreicht und eine Vorzündung ebenso leicht auf
treten kann, Klopfen unterdrückt. Dies führt zu einer ent
scheidenden Verbesserung der Anti-Klopfeigenschaften des
Motors. Insbesondere können meßbare Verbesserungen der Mo
torleistungen in einem Betriebsbereich des Motors erreicht
werden, in dem der Auflader 40 eingesetzt wird.
Der Zylinderkopf 2 wird durch ein wäßriges Kühlmittel
gekühlt, das durch die Wassermäntel 27 unter Ausbildung
von Kühlmittelpassagen innerhalb des Zylinderkopfes strömt.
Das wäßrige Kühlmittel, das in den Zylinderkopf 2 von dem
Zylinderblock 1 strömt, wird zu den Einlaßöffnungen 7 und 8
von der Seite der Auslaßöffnungen 11 und 12 gerichtet oder
geleitet. Genauer gesagt durchsetzt das wäßrige Kühlmittel
anfänglich den Raum zwischen den beiden benachbarten Aus
laßöffnungen 11 und 12 und trifft mit dem Vorsprungab
schnitt 29 zusammen, durch welchen er in zwei Ströme Unter
teil wird. Daraufhin strömt das Kühlmittel durch den Raum
zwischen jeder Auslaßöffnung 11 und 12 und dem Vorsprungab
schnitt 29 entlang den Wänden. Eine Kühlung erfolgt deshalb
ebenso um jede der Auslaßöffnungen 11 und 12 herum, wie
auch um den Vorsprungabschnitt 29 herum. Die Auslaßöffnun
gen 11 und 12 sind an ihren in die Verbrennungskammer 6
mündenden Enden gegenseitig beabstandet sowie weit vonein
ander entfernt so angeordnet, daß dazwischen ein genügend
weiter Raum verbleibt. Das Kühlmittel kann deshalb durch
den Raum glatt, das heißt ohne nennenswerten Widerstand,
strömen und die Auslaßöffnungen 11 und 12 und den Vor
sprungabschnitt 29 effizient kühlen. Deshalb können Tempe
raturerhöhungen verschiedener Abschnitte des Zylinderkopfs
2 für die Auslaßöffnungen, die thermisch stark beansprucht
werden, effizient unterdrückt werden. Dadurch wird das
Klopfen gesteuert und es werden verbesserte Anti-Klopfei
genschaften erzielt. Die Betriebssicherheit des Zylinder
kopfs ist selbst unter den beim Aufladen auftretenden hohen
thermischen Lasten gewährleistet.
Da die Auslaßöffnungen 11 und 12 an ihren in die Verbren
nungskammer 6 mündenden Enden voneinander getrennt sowie
fern voneinander angeordnet sind, muß weder die Stärke des
Ventilbrückenabschnitts zwischen den Ventilsitzen 13a und
13b für die Auslaßventile 22 noch die Stärke des Abschnitts
um den Vorsprungabschnitt 29 für die Zündkerze herum ver
mindert werden. Vielmehr kann die Stärke den Erfordernissen
entsprechend ausgebildet werden, so daß die Betriebssicher
heit des Zylinderkopfs selbst dann gewährleistet ist, wenn
während der Aufladungs-Betriebsbedingungen hohe thermische
Lasten auftreten.
Besonders effektiv ist die erfindungsgemäße Zylinderstruk
tur für Motoren, die einen kleinen Zylinderbohrungsdurch
messer und einen langen Zylinderhub unter Ausbildung einer
kleinen Verbrennungskammer aufweisen.
Claims (5)
1. Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl in einer Reihe
ausgerichteter Zylinder und mit zwei Einlaßventilen und
zwei Auslaßventilen pro Zylinder, wobei jeder Zylinder
eine in ihm durch einen Zylinderkopf und einen Kolben
festgelegte Verbrennungskammer aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar Einlaßöffnungen für jeden Zylinder benach bart zueinander auf einer Seite einer Mittenlinie der Zylinderreihe angeordnet ist, wobei die Einlaßöffnungen Seite an Seite sowie in einer Richtung parallel zu der Zylinderreihe angeordnet sind,
daß ein Paar Auslaßöffnungen für jeden Zylinder benach bart zueinander an einer anderen Seite der Mittenlinie angeordnet ist, wobei die Auslaßöffnungen Seite an Sei te in der genannten Richtung angeordnet und so beab standet sind, daß ihre Zentren um einen Abstand ausein ander liegen, der größer ist als ein Abstand, um welche die Zentren der Einlaßöffnungen voneinander getrennt sind, und
daß zwischen den Auslaßöffnungen in jedem Zylinder eine Verengungseinrichtung zum Verringern eines Zylindervolu mens zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben sowie dafür vorgesehen ist, eine verengte Strömung an Luft- Kraftstoffgemisch an einer Seite der Verbrennungskammer nahe den Auslaßöffnungen zu schaffen.
daß ein Paar Einlaßöffnungen für jeden Zylinder benach bart zueinander auf einer Seite einer Mittenlinie der Zylinderreihe angeordnet ist, wobei die Einlaßöffnungen Seite an Seite sowie in einer Richtung parallel zu der Zylinderreihe angeordnet sind,
daß ein Paar Auslaßöffnungen für jeden Zylinder benach bart zueinander an einer anderen Seite der Mittenlinie angeordnet ist, wobei die Auslaßöffnungen Seite an Sei te in der genannten Richtung angeordnet und so beab standet sind, daß ihre Zentren um einen Abstand ausein ander liegen, der größer ist als ein Abstand, um welche die Zentren der Einlaßöffnungen voneinander getrennt sind, und
daß zwischen den Auslaßöffnungen in jedem Zylinder eine Verengungseinrichtung zum Verringern eines Zylindervolu mens zwischen dem Zylinderkopf und dem Kolben sowie dafür vorgesehen ist, eine verengte Strömung an Luft- Kraftstoffgemisch an einer Seite der Verbrennungskammer nahe den Auslaßöffnungen zu schaffen.
2. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verengungseinrichtung einen Vorsprung umfaßt,
der eine flache Unterseite aufweist, die von einer Pe
ripherie einer unteren Wand des Zylinderkopfs verläuft,
um einen Verengungsbereich zwischen der flachen Unter
seite und einer Oberseite des Kolbens zu schaffen.
3. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine der als Paar vorgesehenen Ein
laßöffnungen so ausgebildet ist, daß ein taumelnder
Luft-Kraftstoffgemischstrom erzeugt wird, der auf die
Auslaßöffnungen hin gerichtet ist.
4. Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Motorkühleinrichtung zum Kühlen des Zylinderkopfs
vorgesehen ist, die einen Wassermantel umfaßt,
der in dem Zylinderkopf so ausgebildet ist, daß ein Motorkühlmittel
durch den Zylinderkopf hindurch von einer
Seite des Zylinderkopfs, an der die Auslaßöffnungen
ausgebildet sind, zu der Seite des Zylinders gerichtet
und geschickt wird, an der die Einlaßöffnungen ausgebildet
sind, wobei das Motorkühlmittel anfangs zwischen
dem Auslaßöffnungspaar hindurchströmt und dann zu einer
Seite jeder Öffnung des Einlaßöffnungspaars, die entfernt
von einer anderen Öffnung des Einlaßöffnungspaars
angeordnet ist.
5. Motor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Motorkühleinrichtung eine Trennwand umfaßt,
die zwischen jedem benachbarten Paar der Zylinder so
angeordnet ist, daß das Motorkühlmittel durch den Zy
linderkopf hindurch von einer Seite des Zylinderkopfs
gerichtet ist, an welcher die Auslaßöffnungen ausge
bildet sind, zu einer Seite des Zylinderkopfs, an wel
cher die Auslaßöffnungen ausgebildet sind, und zwar
anfänglich zwischen den Auslaßöffnungen und dann zu ei
ner Seite jeder Öffnung eines Einlaßöffnungspaars, die
entfernt von einer Öffnung des Einlaßöffnungspaars an
geordnet ist.
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