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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motoranordnung und insbesondere einen Motorzylinder mit einer asymmetrischen Ventilkonfiguration.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht unbedingt den Stand der Technik darstellen.
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Eine Motoranordnung kann einen Motorblock enthalten, der eine Vielzahl von Zylindern definiert. Jeder Zylinder kann mit einem Kraftstoffsystem, einem Ansaugkrümmer durch mindestens ein Einlassventil und einem Auslasskrümmer durch mindestens ein Auslassventil in Verbindung stehen. Neben weiteren Faktoren beeinflusst die Größe der Einlass- und Auslassventile den Motorbetrieb. Wenn die Größe einer Zylinderbohrung kleiner wird, kann jedoch auch die Größe aller Ventile entsprechend kleiner werden. Somit kann die Ventilgröße eines Motors mit kleinerer Bohrung durch den Platz begrenzt sein, der in einem Zylinder verfügbar ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
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Eine Motoranordnung kann eine Motorstruktur, ein erstes Ventil und ein zweites Ventil umfassen. Die Motorstruktur kann einen Brennraum und erste und zweite Auslasskanäle in Verbindung mit dem Brennraum definieren. Das erste Ventil kann im ersten Auslasskanal angeordnet sein und einen ersten Oberflächenbereich aufweisen. Das zweite Ventil kann im zweiten Auslasskanal angeordnet sein und einen zweiten Oberflächenbereich aufweisen, der größer als der erste Oberflächenbereich ist.
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Ein Zylinderkopf kann eine Brennraumoberfläche enthalten, die einen ersten Auslasskanal und einen zweiten Auslasskanal definiert. Der erste Auslasskanal kann eine erste Querschnittsfläche aufweisen und der zweite Auslasskanal kann eine zweite Querschnittsfläche aufweisen, die größer als die erste Querschnittsfläche ist.
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Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Die Beschreibung und spezielle Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist eine schematische Veranschaulichung einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Schnittansicht der Motoranordnung von 1; und
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3 ist eine Teilschnittansicht eines Zylinderkopfs und eines Brennraums der Motoranordnung von 1–2.
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In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen einander entsprechende Bezugszeichen einander entsprechende Teile.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Die folgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken.
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Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, sodass diese Offenbarung vollständig sein wird und Fachleuten den Umfang vollständig übermitteln wird. Es werden zahlreiche spezielle Details offengelegt, etwa als Beispiele von spezifischen Komponenten, Einrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Fachleute werden verstehen, dass spezifische Details nicht eingesetzt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine so aufgefasst werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen werden gut bekannte Prozesse, gut bekannte Einrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Wenn auf ein Element oder eine Schicht so Bezug genommen wird, dass es bzw. sie „auf”, „in Eingriff mit”, „verbunden mit” oder „gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht ist, kann es bzw. sie direkt auf, in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischen kommende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu auf ein Element so Bezug genommen wird, dass es „direkt auf”, „direkt in Eingriff mit”, „direkt verbunden mit” oder „direkt gekoppelt mit” einem weiteren Element oder einer weiteren Schicht ist, können keine dazwischen kommenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollen auf gleiche Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen” im Gegensatz zu „direkt zwischen”, „benachbart” im Gegensatz zu „direkt benachbart” usw.). Bei der Verwendung hierin umfasst der Ausdruck „und/oder” beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Gegenstände.
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Obwohl die Ausdrücke erster, zweiter, dritter, usw. hier verwendet sein können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten, und/oder Sektionen zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen durch diese Ausdrücke nicht begrenzt werden. Diese Ausdrücke dürfen nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder eine Sektion von einer weiteren Region, einer weiteren Schicht oder einer weiteren Sektion zu unterscheiden. Ausdrücke wie etwa „erster”, „zweiter” und andere numerische Ausdrücke implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, wenn sie hier verwendet werden, sofern dies nicht klar durch den Kontext angegeben ist. Folglich könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder eine erste Sektion, das bzw. die nachstehend erörtert wird, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, eine zweite Region, eine zweite Schicht oder eine zweite Sektion bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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Mit Bezug auf 1 wird eine beispielhafte Motoranordnung 10 schematisch veranschaulicht. Die Motoranordnung 10 kann eine Motorstruktur 12 in Verbindung mit einem Kraftstoffsystem 14 und einem Steuerungsmodul 16 umfassen. Bei dem gezeigten Beispiel kann der Motor 12 einen Motorblock 18 umfassen, der eine Vielzahl von Zylindern 20 in Verbindung mit dem Kraftstoffsystem 14 definiert. Obwohl der Motor 12 in der vorliegenden Offenbarung als ein Vierzylindermotor veranschaulicht ist, versteht es sich, dass die vorliegenden Lehren auf eine Vielzahl von Motorkonfigurationen zutreffen und keinesfalls auf die gezeigte Konfiguration begrenzt sind.
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Das Kraftstoffsystem 14 kann eine Kraftstoffpumpe 22, einen Kraftstofftank 24, ein Kraftstoffverteilerrohr 26, Kraftstoffeinspritzventile 28, eine Kraftstoffhauptversorgungsleitung 30, sekundäre Kraftstoffversorgungsleitungen 32 und Kraftstoffrückführungsleitungen 34 umfassen. Die Kraftstoffpumpe 22 kann mit dem Kraftstofftank 24 in Verbindung stehen und kann über die Kraftstoffhauptversorgungsleitung 30 eine Versorgung mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff an das Kraftstoffverteilerrohr 26 bereitstellen. Das Kraftstoffverteilerrohr 26 kann über die sekundären Kraftstoffversorgungsleitungen 32 den druckbeaufschlagten Kraftstoff an Einspritzventile 28 bereitstellen. Das Kraftstoffverteilerrohr 26 kann ein Druckregelventil 36 enthalten, das einen Kraftstoffdruck im Kraftstoffverteilerrohr 26 regelt, indem es überschüssigen Kraftstoff über eine Rückführungsleitung 38 an den Kraftstofftank 24 zurückführt.
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Die Kraftstoffeinspritzventile 28 können jeweils eine Betätigungsanordnung 40 in Verbindung mit dem Steuerungsmodul 16 umfassen. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung können die Kraftstoffeinspritzventile 28 Kraftstoffeinspritzventile mit Direkteinspritzung bilden, bei denen Kraftstoff direkt in die Zylinder 20 eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzventile 28 können überschüssigen Kraftstoff über die Kraftstoffrückführungsleitungen 34 an den Kraftstofftank 24 zurückführen.
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Mit zusätzlichem Bezug auf 2 kann die Motoranordnung 10 eine Motorstruktur 12, eine durch die Motorstruktur 12 drehend gelagerte Kurbelwelle 40, mit der Kurbelwelle 40 gekoppelte Kolben 42, Einlass- und Auslassnockenwellenanordnungen 44, 46, die an der Motorstruktur 12 drehbar gelagert sind, Ventilhubanordnungen 48, mindestens ein Einlassventil 50 und mindestens ein Auslassventil 52 umfassen. Bei dem vorliegenden Beispiel ohne Einschränkung ist die Motoranordnung 10 als ein Motor mit dualen oben liegenden Nockenwellen gezeigt, wobei die Motorstruktur 12 einen Zylinderkopf 54, der die Einlass- und Auslassnockenwellenanordnungen 44, 46 drehbar lagert, und einen Motorblock 56 umfasst, der Zylinderbohrungen 58 definiert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Konfigurationen mit oben liegenden Nockenwellen begrenzt ist.
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Die Kolben 42 können in den Brennräumen 60 angeordnet sein. Der Zylinderkopf 54, der Motorblock 56 und die Kolben 42 können zusammenwirken, um die Brennräume 60 zu definieren. Der Zylinderkopf 54 kann eine Brennraumoberfläche 55 enthalten, die mindestens einen Einlasskanal 62 und mindestens einen Auslasskanal 64 für jeden Brennraum 60 definiert. Das bzw. die Einlassventile 50 können den bzw. die Einlasskanäle 62 öffnen und schließen und das bzw. die Auslassventile 52 können den bzw. die Auslasskanäle 64 öffnen und schließen. Die Ventilhubanordnungen 48 können mit der Einlassnockenwellenanordnung 44 und dem bzw. den Einlassventilen 50 in Eingriff stehen, um den bzw. die Einlasskanäle 62 zu öffnen. Ferner können die Ventilhubanordnungen 44 mit der Auslassnockenwellenanordnung 46 und dem bzw. den Auslassventilen 52 in Eingriff stehen, um den bzw. die Auslasskanäle 64 zu öffnen.
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Mit Bezug auf 3 ist eine Teilschnittansicht eines beispielhaften Zylinderkopfs 54 und eines Brennraums 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung kann der Brennraum 60 eine kreisförmige (oder ovale) Gestalt und einen Durchmesser Dc aufweisen. Eine Vielzahl von kreisförmigen (oder ovalen) Ventilen, wie etwa ein erstes Ventil 110A, ein zweites Ventil 110B, ein drittes Ventil 110C und ein viertes Ventil 110D können mit dem Brennraum 60 in Verbindung stehen. Jedes dieser Ventile 110A–D kann in einem entsprechenden Kanal 112A–D angeordnet sein, d. h. das erste Ventil 110A kann im ersten Kanal 112A angeordnet sein, das zweite Ventil 110B kann im zweiten Kanal 112B angeordnet sein, das dritte Ventil 110C kann im dritten Kanal 112C angeordnet sein und das vierte Ventil 110D kann im vierten Kanal 112D angeordnet sein.
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Jedes der Ventile 110A–D kann einen entsprechenden Oberflächenbereich und einen entsprechenden Durchmesser aufweisen (das erste Ventil 110A kann einen ersten Oberflächenbereich Av1 und einen ersten Durchmesser Dv1 aufweisen, das zweite Ventil 110B kann einen zweiten Oberflächenbereich Av2 und einen zweiten Durchmesser Dv2 aufweisen, das dritte Ventil 110C kann einen dritten Oberflächenbereich Av3 und einen dritten Durchmesser Dv3 aufweisen, das vierte Ventil 110D kann einen vierten Oberflächenbereich Av4 und einen vierten Durchmesser Dv4 aufweisen). Auf ähnliche Weise kann jeder Kanal 112A–D eine entsprechende Querschnittsfläche und einen entsprechenden Durchmesser aufweisen (der erste Kanal 112A kann eine erste Querschnittsfläche Ap1 und einen ersten Durchmesser Dp1 aufweisen, der zweite Kanal 112B kann eine zweite Querschnittsfläche Ap2 und einen zweiten Durchmesser Dp2 aufweisen, der dritte Kanal 112C kann eine dritte Querschnittsfläche Ap3 und einen dritten Durchmesser Dp3 aufweisen, der vierte Kanal 112D kann eine vierte Querschnittsfläche Ap4 und einen vierten Durchmesser Dp4 aufweisen). Wie vorstehend beschrieben wurde, kann jedes der Ventile 110A–D seinen zugehörigen Kanal 112A–D während eines Betriebs der Motoranordnung 10 öffnen und schließen.
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Die Brennraumoberfläche 55 des Zylinderkopfs 54 kann eine Zündkerzenlagernabe 114 und eine Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 umfassen. Eine (nicht gezeigte) Zündkerze kann in der Zündkerzenlagernabe 114 angeordnet sein und ein Kraftstoffeinspritzventil 28 kann in der Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 angeordnet sein. Wie in 3 veranschaulicht ist, können die Zündkerzenlagernabe 114 und die Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 an der Brennraumoberfläche 55 zentral angeordnet sein. Auf diese Weise können die Ventile 110A–D zwischen den Wänden des Brennraums 60 (einer Zylinderwand 118) und den Lagernaben 114, 116 der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet sein.
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Bei dem in 3 veranschaulichten Beispiel sind das erste Ventil 110A und das vierte Ventil 110D jeweils zwischen der Zündkerzenlagernabe 114 und der Zylinderwand 118 angeordnet, während das zweite Ventil 110B und das dritte Ventil 110C jeweils zwischen der Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 und der Zylinderwand 118 angeordnet sind. Die Brennraumoberfläche 60 (und die Brennraumoberfläche 55) können in einen ersten Abschnitt 120 und einen zweiten Abschnitt 122 unterteilt sein und diese enthalten. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung kann der erste Abschnitt 120 das erste Ventil 110A und das zweite Ventil 110B enthalten und der zweite Abschnitt 122 kann das dritte Ventil 110C und das vierte Ventil 110D enthalten. Die Zündkerzenlagernabe 114 und die Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 können zwischen dem ersten Abschnitt 120 und dem zweiten Abschnitt 122 angeordnet sein.
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Auch wenn sie an der Brennraumoberfläche 55 zentral angeordnet sind, kann die exakte Platzierung der Lagernaben 114, 116 der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils variieren. Als Beispiel ohne Einschränkung kann die Zündkerzenlagernabe 114 einen ersten Mittelpunkt Cs aufweisen, der von einem dritten Mittelpunkt Cc der Brennraumoberfläche 55 um einen ersten Versatz Os versetzt sein kann. Ferner kann die Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 einen zweiten Mittelpunkt Cf aufweisen, der von dem dritten Mittelpunkt Cc der Brennraumoberfläche 55 um einen zweiten Versatz Of versetzt sein kann. Da die Zündkerzenlagernabe 114 größer als die Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 sein kann, kann der zweite Versatz Of größer als der erste Versatz Os sein. Auf diese Weise können das erste Ventil 110A und der erste Mittelpunkt Cs der Zündkerzenlagernabe 114 an einer ersten Seite des Brennraums 60 und der Brennraumoberfläche 55 vorhanden sein. Ferner können das zweite Ventil 110B und der zweite Mittelpunkt Cf der Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 an einer zweiten Seite vorhanden sein, die der ersten Seite des Brennraums 60 und der Brennraumoberfläche 55 gegenüberliegt.
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Bei einem Beispiel ohne Einschränkung können das erste Ventil 110A und das zweite Ventil 110B Auslassventile umfassen (etwa die Auslassventile 52) und der erste Kanal 112A und der zweite Kanal 112B können erste und zweite Auslasskanäle umfassen (etwa die Auslasskanäle 64). Das dritte Ventil 110C und das vierte Ventil 110D können Einlassventile umfassen (etwa die Einlassventile 50) und der dritte Kanal 112C und der vierte Kanal 112D können Einlasskanäle umfassen (etwa die Einlasskanäle 62). Wie in 3 gezeigt ist, kann bei diesem Beispiel der erste Abschnitt 120 die Auslassventile 52 (erstes Ventil 110A und zweites Ventil 110B) und Auslasskanäle 64 (erster Kanal 112A und zweiter Kanal 112B) enthalten und der zweite Abschnitt 122 kann die Einlassventile 50 (drittes Ventil 110C und viertes Ventil 110D) und Einlasskanäle 62 (dritter Kanal 112C und vierter Kanal 112D) enthalten.
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Die Größe der Ventile 110A–D und Kanäle 112A–D kann durch den nicht verwendeten Oberflächenbereich der Brennraumoberfläche 55 begrenzt sein. Bei dem in 3 veranschaulichten Beispiel ohne Einschränkung, bei welchem die Zündkerzenlagernabe 114 und die Kraftstoffeinspritzventillagernabe zentral angeordnet sind, können die Ventile 110A–D zwischen der Zylinderwand 118 und den Lagernaben 114, 116 der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils angeordnet sein. Somit können die Größe der Lagernaben 114, 116 der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils und die Größe des Brennraums 60 und der Brennraumoberfläche 55 (zum Beispiel der Zylinderdurchmesser Dc) die Maximalgröße der Ventile 110A–D und der Kanäle 112A–D begrenzen. Außerdem kann die Größe der Zündkerzenlagernabe 114 und der Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 von der Größe ihrer zugehörigen Zündkerze (nicht gezeigt) bzw. ihres zugehörigen Kraftstoffeinspritzventils 28 abhängen, welche über alle Motorgrößen hinweg relativ konstant sein können.
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Bei dem in 3 veranschaulichten Beispiel ohne Einschränkung ist das erste Ventil 110A zwischen der Zündkerzenlagernabe 114 und der Zylinderwand 118 an der ersten Seite der Brennraumoberfläche 55 angeordnet.
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Das zweite Ventil 110B ist zwischen der Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 und der Zylinderwand 118 an der zweiten Seite der Brennraumoberfläche 55 der ersten Seite gegenüberliegend angeordnet. Die Zündkerzenlagernabe 114 kann größer als die Kraftstoffeinspritzventillagernabe 116 sein und daher kann der Oberflächenbereich der Brennraumoberfläche 55, der für das erste Ventil 110A und den ersten Kanal 112A zur Verfügung steht, kleiner als der Oberflächenbereich der Brennraumoberfläche 55 sein, der für das zweite Ventil 110B und den zweiten Kanal 112B zur Verfügung steht, sodass eine asymmetrische Ventilkonfiguration verwendet werden kann.
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Eine asymmetrische Ventilkonfiguration kann unterschiedliche Größen für jedes Ventil und/oder jeden Kanal in einem Satz von entweder Auslass- oder Einlassventilen und -kanälen enthalten. Wie in 3 veranschaulicht ist können der zweite Oberflächenbereich Av2 und der zweite Durchmesser Dv2 des zweiten Ventils 110B größer als der erste Oberflächenbereich Av1 bzw. der erste Durchmesser Dv1 des ersten Ventils 110A sein. Auf ähnliche Weise können die zweite Querschnittsfläche Ap2 und der zweite Durchmesser Dp2 des zweiten Kanals 112B größer als die erste Querschnittsfläche Ap1 bzw. der erste Durchmesser Dp1 des ersten Kanals 112A sein.
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Als ein Beispiel ohne Einschränkung kann der zweite Oberflächenbereich Av2 des zweiten Ventils 110B um mindestens zehn Prozent und insbesondere um zwischen fünfzehn und zwanzig Prozent größer als der erste Oberflächenbereich Av1 des ersten Ventils 110A sein. Auf die gleiche Weise kann die zweite Querschnittsfläche Ap2 des zweiten Kanals 112B um mindestens zehn Prozent und insbesondere um zwischen fünfzehn und zwanzig Prozent größer als die erste Querschnittsfläche Ap1 des ersten Kanals 112A sein. Ferner kann der zweite Durchmesser Dv2 des zweiten Ventils 110B um mindestens fünf Prozent und insbesondere um zwischen sechs und zehn Prozent größer als der erste Durchmesser Dv1 des ersten Ventils 110A sein. Auf ähnliche Weise kann der zweite Durchmesser Dp2 des zweiten Kanals 112B um mindestens fünf Prozent und insbesondere um zwischen sechs und zehn Prozent größer als der erste Durchmesser Dp1 des ersten Kanals 112A sein.
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Nur als Beispiel kann bei einem Zylinderdurchmesser Dc von etwa 74 Millimeter der erste Durchmesser Dv1 des ersten Ventils 110A (und/oder der erste Durchmesser Dp1 des ersten Kanals 112A) etwa 24 Millimeter betragen und der zweite Durchmesser Dv2 des zweiten Ventils 110B (und/oder der zweite Durchmesser Dp2 des zweiten Kanals 112B) kann etwa 26 Millimeter betragen. Bei einem weiteren Beispiel ohne Einschränkung kann bei einem Zylinderdurchmesser Dc von etwa 74 Millimeter der erste Durchmesser Dp1 des ersten Kanals 112A etwa 24 Millimeter betragen und der zweite Durchmesser Dp2 des zweiten Kanals 112B kann etwa 26 Millimeter betragen.
