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Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder, in welchem ein hin-und hergehender Kolben angeordnet ist, mit einem zumindest eine Zündeinrichtung pro Zylinder aufnehmenden Zylinderkopf, in welchem ein Auslasskanal und zwei Einlasskanäle eingeformt sind, wobei der Auslasskanal über eine Auslassöffnung und die Einlasskanäle über Einlassöffnungen mit einem Brennraum in Verbindung stehen, welche Auslassöffnung über ein Auslassventil und welche Einlassöffnungen über Einlassventile steuerbar sind,
wobei die Auslassöffnung einerseits und die Einlassöffnung andererseits an unterschiedlichen Seiten einer durch die Zylinderachse und die Achse der Kurbelwelle aufgespannten Motorhochebene angeordnet sind, und wobei die Einlasska- näle zumindest abschnittsweise im Wesentlichen in Richtung der Zylinderachse angeordnet und so geformt sind, dass im Brennraum eine umgekehrte Walzenströmung initiiert wird, welche von den Einlassöffnungen zum Kolben und weiter zu der Auslassöffnung gerichtet ist, wobei zumindest eine Zündeinrichtung seitlich im Zylinderkopfboden im Bereich der Zylinderwand angeordnet ist.
Aus der US 5, 305, 720 A ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Einlasskanäle im Brennraum eine umgekehrte Walzenströmung (reverse-tumble-flow) initiieren. Durch diese umgekehrte Walzenströmung kann die Gemischaufbereitung, die Verbrennung und die Spülung des Brennraumes insbesondere bei Magerbetrieb verbessert werden. Allerdings verursacht die im Bereich der Zylinderachse abgeordnete und in den Brennraum ragende Zündeinrichtung relativ hohe Strö- mungsverluste, da die Zündeinrichtung in einem Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit positioniert ist.
Eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird in der österreichischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 80/2001 der Anmelderin beschrieben. Dadurch, dass zumindest eine Zündeinrichtung seitlich im Zylinderkopfboden im
Bereich der Zylinderwand angeordnet ist, können Strömungsverluste durch in den Brennraum ragende Zündeinrichtungen verringert werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs ge- nannten Art bei möglichst minimalen Strömungsverlusten eine gleichmässige Entzündung des Gemisches im Brennraum zu erreichen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass drei Zündeinrichtungen im Zy- linderkopfboden vorgesehen sind, wobei eine erste Zündeinrichtung zwischen beiden Einlassöffnungen, eine zweite Zündeinrichtung zwischen der einen Ein- lassöffnung und der Auslassöffnung und eine dritte Zündeinrichtung zwischen der anderen Einlassöffnung und der Auslassöffnung angeordnet ist. Die drei Zünd-
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einrichtungen münden dabei an unkritischen Stellen der Zylinderkopfdecke in den Brennraum, wo die umgekehrte Walzenströmung relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten ausbildet. Durch die drei Zündeinrichtungen wird eine gleichmässige Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches im Brennraum erreicht.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die zweite und die dritte Zündeinrichtung im Bereich der Motorhochebene angeordnet ist. Im Bereich der Motorhochebene steht ausreichend Platz für eine seitliche Anordnung der Zündeinrichtung zur Verfügung, so dass kaum bauliche Zwänge auftreten. Darüber hinaus hat die seitliche Anordnung der Zündeinrichtung den Vorteil, das Einlass- und Auslass- öffnungen grösser konzipiert werde können, als bei einer mittig angeordneten Zündeinrichtung.
Eine besonders gute Verbrennungseinleitung lässt sich erreichen, wenn die zweite und die dritte Zündeinrichtung beiderseits einer die Zylinderachse beinhaltenden, normal auf die Motorhochebene ausgebildeten Motorquerebene im Zylinderkopfboden angeordnet sind. Die Drei-Ventil-Anordnung im Zylinderkopf hat den Vorteil, dass auch für drei Zündeinrichtungen ausreichend Platz zur Verfügung steht. Dabei kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Zündeinrichtungen symmetrisch zur Motorquerebene angeordnet sind. Auch die Einlassöffnungen und die Auslassöffnung können bezüglich der Motorquerebene symmetrisch angeordnet sein.
Das Wegfallen eines im Bereich der Zylinderachse angeordneten Bauteiles hat weiters den Vorteil, dass die Einlasskanäle optimal zur Erzeugung der umge- kehrten Walzenströmung ausgelegt werden können. Besonders günstig ist dabei, wenn zumindest ein Einlasskanal die Motorhochebene schneidet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgese- hen, dass die Einlasskanäle - im Grundriss gesehen-zwischen zumindest einer
Einlassventilhebelachse und einer Auslassventilhebelachse angeordnet sind. Dies ermöglicht einerseits die optimale Ausbildung der umgekehrten Walzenströmung und gestattet es andererseits, genügend Freiraum für die Zündeinrichtungen zur
Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass sechs
Zylinderkopfschrauben zur Befestigung des Zylinderkopfes am Zylindergehäuse drehsymmetrisch um den Zylinder angeordnet sind. Durch die in Richtung der
Zylinderachse angeordneten Einlasskanäle können die Zylinderkopfschrauben gleichmässig um den Umfang des Zylinders angeordnet werden.
Durch die gleichmässige Anpressung des Zylinderkopfes am Zylindergehäuse können hohe
Verdichtungsverhältnisse realisiert werden.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Einlasska- näle von einem gemeinsamen, zwischen zumindest einer Einlassventilhebelachse
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und einer Auslassventilhebelachse angeordneten Ansaugkanal ausgehen. Um eine einfache Kanalgestaltung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Ansaugkanal einen ovalen Querschnitt oder einen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist.
Zur Steuerung der Ansaugluft ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass im Bereich der Verzweigung des Ansaugkanals in die Einlasskanäle ein Drehschieber angeordnet ist, dessen Drehachse im Wesentlichen quer zum Ansaugkanal, vorzugsweise parallel zur Achse der Kurbelwelle angeordnet ist.
Eine optimale Steuerung der Ansaugluft kann erreicht werden, wenn der Drehschieber pro Einlasskanal eine Steueröffnung aufweist, wobei vorzugsweise die Steueröffnungen phasenversetzt zueinander angeordnet sind.
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in zumindest einen Einlasskanal, vorzugsweise in den vom Drehschieber zuerst freigegebenen Einlasskanal, eine Einspritzeinrichtung zur semidirekten Einspritzung von Kraftstoff einmündet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen schematisch Fig. 1 die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine in einem Schnitt durch einen Zylinder quer zur Achse der Kurbelwelle, Fig. 2 den Zylinderkopfboden dieser Brennkraftmaschine in einer Schrägansicht, Fig. 3 einen Zylinder dieser Brennkraftmaschine in einer Längsansicht und Fig. 4 diese Brennkraftmaschine in einer Draufsicht auf einen Zylinder.
In einem Zylinder 1 eines Zylindergehäuses 2 ist ein hin-und hergehender Kolben 3 bewegbar angeordnet. Die Zylinderwand des Zylinders 1 weist das Bezugszeichen la auf. Mit Bezugszeichen 4 ist die Pleuelstange bezeichnet, welche den Kolben 3 mit einer Kurbelwelle 25 verbindet.
Im Zylinderkopf 5 ist ein Auslasskanal 6 sowie zwei Einlasskanäle 7,8 eingeformt. Der Auslasskanal 6 steht über eine Auslassöffnung 9, die Einlasska- näle 7, 8 über Einlassöffnungen 10 und 11 mit dem Brennraum 12 in Verbindung. Die Auslassöffnung 9 wird über ein Auslassventil 13, die Einlassöffnungen 10 und 11 über Einlassventile 14 gesteuert.
Die im Zylinderkopfboden 5a eingeformten Auslass- und Einlassöffnun- gen 9, 10, 11 befinden sich an unterschiedlichen Seiten A, E einer durch die Zylinderachse 15 und die Achse 25a der Kurbelwelle 25 aufgespannten Motorhochebene 16. A steht dabei für die Auslassseite und E für die Einlassseite. Die Auslassöffnung 9 und die Einlassöffnungen 10 und 11 sind symmetrisch bezüglich einer normal auf die Motorhochebene 16 durch die Zylinderachse 15 verlaufen-
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den Motorquerebene 19 ausgeführt. im Bereich der Zylinderwand la sind drei Zündeinrichtungen 24,17, 18 angeordnet. Die erste Zündeinrichtung 24 befindet sich dabei zwischen den beiden Einlassöffnungen 7, 11 im Bereich der Motorhochebene 19.
Die zweite und die dritte Zündeinrichtung 17,18 ist jeweils zwischen einer Einlassöffnung 7, 11 und einer Auslassöffnung 9 angeordnet. Die zweite und dritte Zündeinrichtung 17,18 ist dabei im Bereich der Motorhochebene 16 positioniert. Bezüglich der Motorquerebene 19 sind die Zündeinrichtungen 17,18 symmetrisch an unterschiedlichen Seiten angeordnet. Die symmetrische Anordnung der Zündeinrichtungen 17, 18, 24 ermöglicht eine gleichmässige Entzündung des Kraftstoff-Luftgemisches im Brennraum 12.
Die Einlasskanäle 7, 8 sind im Zylinderkopf 5 so eingeformt, dass im Brennraum 12 eine umgekehrte Walzenströmung W initiiert wird, welche von den Einlassöffnungen 10,11 zum Kolben 3 und weiter zu Auslassöffnung 9 im Zylinderkopfboden 5a verläuft, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Einlasskanäle 7,8 sind zumindest abschnittsweise etwa parallel zur Zylinderachse 15 angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gehen die Einlasskanäle 7,8 von einem gemeinsamen Ansaugkanal 26 aus. Zumindest einer der Einlasskanäle 7,8 oder der gemeineinsame Ansaugkanal 26 kann dabei die Motorhochebene 16 schneiden. Dadurch kann eine sehr starke umgekehrte Walzenströmung W im Brenn- raum 12 erzeugt werden. Der Ansaugkanal 26 weist einen ovalen Querschnitt auf, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Im Bereich der Verzweigung der Einlasska- näle 7,8 aus dem gemeinsamen Ansaugkanal 26 ist ein Drehschieber 27 ange- ordnet, über weichen die Ansaugluftströmung gesteuert wird. Die Drehachse 27a des Drehschiebers 27 ist im Wesentlichen quer zum Ansaugkanal 26 angeordnet.
Der Drehschieber 27 weist für jeden Einlasskanal 7,8 eine Steueröffnung 28,29 auf, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Die Steueröffnungen 28,29 sind phasenversetzt zueinander positioniert, so dass die Einlasskanäle 7,8 hintereinander aufge- steuert werden können.
Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, ist der Ansaugkanal 26 zwischen zumindest einer Einlassventilhebelachse 22a und der Auslassventilhebelachse 21a angeord- net. Dies ermöglicht einerseits die optimale Ausbildung einer umgekehrten Wal- zenströmung W im Brennraum 12 und bietet andererseits genug Platz für die An- ordnung von drei Zündeinrichtungen 17,18, 24 pro Zylinder 1. Der Auslassen- tilhebel 21 und die Einlassventilhebeln 22 sind im Ausführungsbeispiel als Kipp- hebeln ausgeführt.
Durch die optimale Platzausnutzung ist es darüber hinaus möglich, den Zylinder- kopf 5 pro Zylinder 1 mittels sechs gleichmässig um den Zylinder 1 angeordnete
Zylinderkopfschrauben mit dem Zylindergehäuse 2 zu verbinden. Dies gestattet
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auch bei höheren Verdichtungsverhältnissen eine optimale Abdichtung zwischen Zylinderkopf 5 und Zylindergehäuse 2.
Durch die seitliche Anordnung der Zündeinrichtungen 17,18, 24 in einen Bereich mit relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten können die Strömungsverluste im Vergleich zu einer mittigen Anordnung einer Zündeinrichtung massgebend verringert werde. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Verbrennung und der Emissionen und eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches.
Um den Teillastbetrieb zu verbessern und ein rasches Ansprechverhalten zu erzielen, mündet in einen der beiden Einlasskanäle 7,8, und zwar in den durch die Steueröffnung 28 zuerst freigegebenen Einlasskanal 7, eine Einspritzeinrichtung 30 zur semidirekten Kraftstoffeinspritzung ein.
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The invention relates to a spark-ignition internal combustion engine with at least one cylinder, in which a reciprocating piston is arranged, with a cylinder head receiving at least one ignition device per cylinder, in which an exhaust port and two intake ports are formed, the exhaust port via an exhaust port and the Inlet channels are connected to a combustion chamber via inlet openings, which outlet opening can be controlled via an outlet valve and which inlet openings can be controlled via inlet valves,
the outlet opening on the one hand and the inlet opening on the other hand being arranged on different sides of an engine plateau spanned by the cylinder axis and the axis of the crankshaft, and the inlet channels being arranged at least in sections essentially in the direction of the cylinder axis and being shaped in such a way that an inverse in the combustion chamber Roll flow is initiated, which is directed from the inlet openings to the piston and further to the outlet opening, at least one ignition device being arranged laterally in the cylinder head base in the region of the cylinder wall.
An internal combustion engine is known from US Pat. No. 5,305,720, the inlet channels of which initiate a reverse roll flow (reverse tumble flow) in the combustion chamber. This reverse roller flow allows the mixture preparation, the combustion and the purging of the combustion chamber to be improved, particularly in the case of lean operation. However, the ignition device, which is arranged in the area of the cylinder axis and projects into the combustion chamber, causes relatively high flow losses since the ignition device is positioned in an area of high flow velocity.
An internal combustion engine of the type mentioned at the outset is described in the applicant's Austrian utility model application No. 80/2001. The fact that at least one ignition device laterally in the cylinder head base in
Area of the cylinder wall is arranged, flow losses can be reduced by ignition devices protruding into the combustion chamber.
It is the object of the invention to achieve a uniform ignition of the mixture in the combustion chamber in an internal combustion engine of the type mentioned with minimal flow losses.
According to the invention, this is achieved in that three ignition devices are provided in the cylinder head base, a first ignition device being arranged between the two inlet openings, a second ignition device being arranged between the one inlet opening and the outlet opening, and a third ignition device being arranged between the other inlet opening and the outlet opening. The three ignition
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Devices open into the combustion chamber at uncritical points in the cylinder head cover, where the reverse roll flow forms relatively low flow velocities. The three ignition devices ensure uniform ignition of the air / fuel mixture in the combustion chamber.
It is preferably provided that the second and the third ignition device are arranged in the area of the engine plane. In the area of the engine plateau there is sufficient space for a lateral arrangement of the ignition device, so that hardly any structural constraints occur. In addition, the lateral arrangement of the ignition device has the advantage that inlet and outlet openings can be designed larger than in the case of a centrally arranged ignition device.
A particularly good initiation of combustion can be achieved if the second and the third ignition device are arranged on both sides of an engine transverse plane that contains the cylinder axis and is formed normally on the engine plane in the cylinder head floor. The three-valve arrangement in the cylinder head has the advantage that there is also enough space for three ignition devices. It can be provided in a particularly preferred embodiment that the ignition devices are arranged symmetrically to the engine transverse plane. The inlet openings and the outlet opening can also be arranged symmetrically with respect to the transverse engine plane.
The elimination of a component arranged in the area of the cylinder axis has the further advantage that the inlet channels can be optimally designed to generate the reverse roller flow. It is particularly advantageous if at least one intake duct intersects the engine plateau.
In a particularly preferred embodiment variant of the invention, it is provided that the inlet ducts - seen in plan - between at least one
Intake valve lever axis and an exhaust valve lever axis are arranged. On the one hand, this enables the reverse roll flow to be optimally formed and, on the other hand, it allows sufficient space for the ignition devices
To make available. In addition, it can also be provided that six
Cylinder head screws for fastening the cylinder head to the cylinder housing are arranged in a rotationally symmetrical manner around the cylinder. By towards the
The cylinder head bolts can be arranged evenly around the circumference of the cylinder.
Due to the uniform pressure of the cylinder head on the cylinder housing, high
Compression ratios can be realized.
In a further embodiment of the invention it is provided that the two inlet channels have a common axis between at least one inlet valve lever
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and an exhaust valve lever axis arranged intake duct. In order to enable a simple duct design, it is advantageous if the intake duct has an oval cross section or a rectangular cross section with rounded corners.
To control the intake air, provision is advantageously made for a rotary valve to be arranged in the region of the branching of the intake duct into the inlet ducts, the axis of rotation of which is arranged essentially transversely to the intake duct, preferably parallel to the axis of the crankshaft.
Optimal control of the intake air can be achieved if the rotary slide valve has one control opening per inlet channel, the control openings preferably being arranged out of phase with one another.
A further embodiment of the invention provides that an injection device for semi-direct injection of fuel opens into at least one inlet channel, preferably into the inlet channel first released by the rotary valve.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
1 shows the internal combustion engine according to the invention in a section through a cylinder transverse to the axis of the crankshaft, FIG. 2 shows the cylinder head base of this internal combustion engine in an oblique view, FIG. 3 shows a cylinder of this internal combustion engine in a longitudinal view, and FIG. 4 shows this internal combustion engine in one Top view of a cylinder.
A reciprocating piston 3 is movably arranged in a cylinder 1 of a cylinder housing 2. The cylinder wall of the cylinder 1 has the reference symbol la. Reference number 4 denotes the connecting rod, which connects the piston 3 to a crankshaft 25.
An exhaust port 6 and two intake ports 7, 8 are formed in the cylinder head 5. The outlet duct 6 is connected to the combustion chamber 12 via an outlet opening 9, and the inlet ducts 7, 8 via inlet openings 10 and 11. The outlet opening 9 is controlled via an outlet valve 13, the inlet openings 10 and 11 via inlet valves 14.
The exhaust and intake openings 9, 10, 11 formed in the cylinder head base 5a are located on different sides A, E of an engine high plane 16 spanned by the cylinder axis 15 and the axis 25a of the crankshaft 25. A stands for the exhaust side and E for the inlet side. The outlet opening 9 and the inlet openings 10 and 11 are symmetrical with respect to a normal to the engine plane 16 through the cylinder axis 15.
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the engine transverse plane 19 executed. Three ignition devices 24, 17, 18 are arranged in the region of the cylinder wall 1a. The first ignition device 24 is located between the two inlet openings 7, 11 in the area of the engine plateau 19.
The second and the third ignition device 17, 18 are each arranged between an inlet opening 7, 11 and an outlet opening 9. The second and third ignition devices 17, 18 are positioned in the area of the engine plane 16. With regard to the transverse engine plane 19, the ignition devices 17, 18 are arranged symmetrically on different sides. The symmetrical arrangement of the ignition devices 17, 18, 24 enables the fuel-air mixture in the combustion chamber 12 to be ignited uniformly.
The inlet channels 7, 8 are formed in the cylinder head 5 such that a reverse roller flow W is initiated in the combustion chamber 12, which runs from the inlet openings 10, 11 to the piston 3 and further to the outlet opening 9 in the cylinder head base 5a, as can be seen from FIG. 1 , The inlet channels 7, 8 are arranged at least in sections approximately parallel to the cylinder axis 15.
In the exemplary embodiment shown, the inlet channels 7, 8 proceed from a common intake channel 26. At least one of the intake ducts 7, 8 or the common intake duct 26 can intersect the engine plateau 16. As a result, a very strong reverse roller flow W can be generated in the combustion chamber 12. The intake duct 26 has an oval cross section, as can be seen from FIG. 4. In the area of the branching of the inlet channels 7, 8 from the common intake channel 26, a rotary slide valve 27 is arranged, by means of which the intake air flow is controlled. The axis of rotation 27a of the rotary valve 27 is arranged essentially transversely to the intake duct 26.
The rotary slide valve 27 has a control opening 28, 29 for each inlet channel 7, 8, as can be seen in FIG. 4. The control openings 28, 29 are positioned out of phase with one another so that the inlet channels 7, 8 can be opened one after the other.
1 and 3, the intake duct 26 is arranged between at least one intake valve lever axis 22a and the exhaust valve lever axis 21a. On the one hand, this enables the optimal formation of a reverse roll flow W in the combustion chamber 12 and, on the other hand, offers enough space for the arrangement of three ignition devices 17, 18, 24 per cylinder 1. The exhaust valve lever 21 and the intake valve lever 22 are in the exemplary embodiment as Rocker arm executed.
The optimal use of space also makes it possible to arrange the cylinder head 5 per cylinder 1 evenly around the cylinder 1 by means of six
Connect the cylinder head screws to the cylinder housing 2. This allows
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an optimal seal between cylinder head 5 and cylinder housing 2 even at higher compression ratios
The lateral arrangement of the ignition devices 17, 18, 24 in an area with relatively low flow velocities means that the flow losses can be significantly reduced in comparison to a central arrangement of an ignition device. This enables combustion and emissions to be improved and fuel consumption to be reduced.
In order to improve the part-load operation and to achieve a quick response behavior, an injection device 30 for semi-direct fuel injection opens into one of the two inlet channels 7, 8, specifically into the inlet channel 7 which is first released through the control opening 28.