DE102016014645A1

DE102016014645A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016014645A1
Application number: DE102016014645.1A
Authority: DE
Inventors: Mitsunori Wasada; Tsuyoshi Yamamoto; Yasushi Nakahara; Takashi YOUSO; Hiroaki Abe; Takaaki Nagano; Atsushi Inoue; Kazuhiro NAGATSU; Takashi Kaminaga; Tatsuya Fujikawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2017-06-14
Also published as: JP2017106385A; CN106917666A; US20170167360A1; US10012134B2; CN106917666B; JP6337877B2

Abstract

Die Einspritzung des Kraftstoffs durch den Injektor 43 erzeugt eine Gasströmung in der Verbrennungskammer. Das Gas breitet sich in radialer Weise von der Achse eines Zylinders hin zu einer radialen Außenseite des Zylinders aus und strömt dann von der radialen Außenseite des Zylinders entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse des Zylinders. Die Zündkerze 41 weist einen Spalt auf, der um eine vorgegebene Distanz entfernt von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite des Zylinders positioniert ist, und radial nach innen von einer Position gegenüber des Rands einer Öffnung des Hohlraums 242 platziert ist. Eine Seitenelektrode erstreckt sich, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases entlang der Zylinderkopfbodenfläche orientiert zu sein. Der Spalt weist eine Mitte auf, die nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Aufbau einer Verbrennungskammer für einen Verbrennungsmotor.
Das japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichungs-Nr. H07-42433 offenbart einen Motor, der eine starke Wirbelströmung in einer Verbrennungskammer erzeugt, um dessen Kraftstoffersparnis zu verbessern. Konkret erzeugt dieser Motor die starke Wirbelströmung in der Verbrennungskammer unter Nutzung von Ansauglauft, die aus einem Einlasskanal in einen Zylinder strömt, um den in den Einlasskanal ausgestoßenen Kraftstoff zu homogenisieren und die Verbrennung zu fördern.
Dieser Motor ist mit einer Zündkerze ausgestattet, die mit der Achse des Zylinders über einer Zylinderkopfbodenfläche eines Zylinderkopfs fluchtend ist. Bei der Zündkerze erstreckt sich eine. Seitenelektrode, um senkrecht zur Wirbelströmung ausgerichtet zu sein, um fehlende Funken der Zündkerze zu verringern. Eine solche Ausrichtung der Seitenelektrode verringert das Risiko, dass der von der Zündkerze gezündete Funke, die Seitenelektrode trifft, wenn der Funke durch die Wirbelströmung fortgerissen wird.
DARSTELLUNG
Der in der Veröffentlichung zitierte Motor erzeugt die starke Wirbelströmung in der Verbrennungskammer unter Nutzung einer Strömung von Ansaugluft aus dem Einlasskanal in den Zylinder. Die Strömung in der Verbrennungskammer ist nicht auf eine Wirbelströmung beschränkt. Zum Beispiel würde, im Gegensatz zum in der Veröffentlichung offenbarten Motor, Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer eingespritzt werden, so dass die Einspritzung des Kraftstoffs eine vorgegebene Strömung in der Verbrennungskammer erzeugen könnte. Die Zündfähigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs ist durch sorgfältiges Anordnen von Zündkerzen abhängig von einem in der Verbrennungskammer zu erzeugenden Strömungszustand zu optimieren.
Die vorliegende Offenbarung ist im Hinblick auf die obigen Punkte konzipiert worden und verbessert die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs durch eine sorgfältige Anordnung von Zündkerzen.
Eine hierin offenbarte Technik betrifft einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Kolben, der in einen Zylinder eingesetzt ist und einen Hohlraum auf einer Oberseite des Kolbens aufweist, der die Verbrennungskammer definiert, wobei der Hohlraum symmetrisch bezüglich einer Achse des Zylinders ausgebildet ist; einen Injektor, der an einem Zylinderkopf bereitgestellt ist und mit der Achse des Zylinders fluchtend ist, auf einer Zylinderkopfbodenfläche, die die Verbrennungskammer definiert, wobei der Injektor konfiguriert ist, um Kraftstoff in den Hohlraum einzuspritzen; und eine Zündkerze, die eine Mittelelektrode und eine Seitenelektrode beinhaltet, wobei die Zündkerze zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer konfiguriert ist.
Die Einspritzung des Kraftstoffs durch den Injektor erzeugt eine Gasströmung in der Verbrennungskammer, wobei das Gas in radialer Weise von der Achse des Zylinders entlang einer Oberfläche des Hohlraums hin zu einer radialen Außenseite des Zylinders expandiert und dann von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfs zur Achse des Zylinders strömt.
Die Zündkerze weist einen Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode auf, so dass der Spalt in der Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders positioniert ist. Der Spalt ist an der Zylinderkopfbodenfläche um einen vorgegebenen Abstand weg von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite entfernt positioniert, und ist von einer Position gegenüber eines Rands einer Öffnung des Hohlraums radial nach innen platziert. Die Seitenelektrode erstreckt sich so, dass sie in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche zur Achse des Zylinders hin ausgerichtet ist. Der Spalt hat eine Mitte, die nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Innenraum der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert ist.
Gemäß dieser Konfiguration spritzt der Injektor, der an der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfes bereitgestellt und mit der Achse des Zylinders fluchtend ist, den Kraftstoff in Richtung zum Hohlraum ein, der auf der Oberseite des Kolbens bereitgestellt ist. Diese Einspritzung des Kraftstoffs erzeugt eine Strömung von Gas in der Verbrennungskammer. Das Gas expandiert in radialer Weise von der Achse des Zylinders entlang einer Oberfläche des Hohlraums hin zu einer radialen Außenseite, und strömt dann von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche zur Achse des Zylinders hin. Eine solche Gasströmung homogenisiert den ausgestoßenen Kraftstoff und fördert die Verbrennung.
Die Zündkerze weist einen Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode auf, so dass der Spalt in der Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfs hin zur Achse des Zylinders positioniert ist. Insbesondere ist die Zündkerze an der Zylinderkopfbodenfläche, um einen vorgegebenen Abstand von der Achse des Zylinders entfernt, hin zur radialen Außenseite positioniert, und ist radial nach innen von einer Position gegenüberliegend zu einem Rand einer Öffnung des Hohlraums platziert. Der Kraftstoff expandiert in radialer Weise von der Achse des Zylinders entlang der Oberfläche des Hohlraums hin zu der radialen Außenseite. Der Kraftstoff strömt dann unter Befolgung der Gasströmung von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche zur Achse des Zylinders hin. Bis er in der Nähe der Zündkerze ankommt, wird der Kraftstoff ausreichend verdampft und mit Luft gemischt. Ein derartiges Merkmal verringert erfolgreich die Schwankung der Konzentration des Luft-Kraftstoff-Gemischs für jeden Zyklus oder zwischen Zylindern. Die Zündkerze, die sich in einer vorgegebenen Position befindet, entzündet ein homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Die Seitenelektrode der Zündkerze erstreckt sich so, dass sie in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche zur Achse des Zylinders ausgerichtet ist. Ein derartiges Merkmal verringert das Risiko, dass die Seitenelektrode die Gasströmung stört. Es ist zu beachten, dass die Ausrichtung der Seitenelektrode, die zu einem L geformt ist, durch eine Richtung definiert ist, in der sich ein Abschnitt der Seitenelektrode gegenüberliegend der Mittelelektrode erstreckt. Die Seitenelektrode ist vorteilhafterweise in einem Bereich von ±30° ausgerichtet, wobei als Referenz die Ausrichtung der Seitenelektrode herangezogen wird, die sich ”in einer Richtung senkrecht zu dem Gas, das von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders strömt” erstreckt.
Weiterhin ist der Spalt der Zündkerze nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert. Solche Merkmale tragen dazu bei, das Luft-Kraftstoff-Gemisch, welches entlang der Zylinderkopfbodenfläche strömt, wirksam mit Zündenergie zu beaufschlagen, wodurch die Entzündbarkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteigert wird. Hier kann die Aussage ”der Spalt der Zündkerze ist in der Nähe der Zylinderkopfbodenfläche positioniert” auch so definiert werden, dass, während der Kolben am oberen Kompressionstotpunkt positioniert ist, die Mitte des Spaltes der Zündkerze näher zur Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfes als zur Oberfläche des Hohlraums auf der Oberseite des Kolbens positioniert ist.
Als Ergebnis bewirkt die Konfiguration eine stabile Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs und ermöglicht, dass der Gasstrom in der Verbrennungskammer die Verbrennung fördert.
Der Injektor kann den Kraftstoff einspritzen, wenn der Kolben in der Nähe eines oberen Kompressionstotpunkts ankommt.
Das Einspritzen des Kraftstoffs nahe dem oberen Kompressionstotpunkt kann eine Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erzeugen, die der Form des Hohlraums des Kolbens folgt. Ein solches Merkmal trägt dazu bei, den Kraftstoff nahe dem Spalt der Zündkerze zuverlässig zu leiten.
Der Verbrennungsmotor kann ferner umfassen: eine erste Zündkerze, die als die Zündkerze fungiert, und eine zweite Zündkerze, die quer zur Achse des Zylinders von der ersten Zündkerze aus platziert ist und eine Mittelelektrode und die Seitenelektrode einschließt, wobei die zweite Zündkerze einen Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode der zweiten Zündkerze aufweisen kann, so dass der Spalt in der Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche zur Achse des Zylinders hin positioniert sein kann, der Spalt der zweiten Zündkerze, an der Zylinderkopfbodenfläche, um eine vorgegebene Distanz entfernt von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite positioniert und radial nach innen von einer Position gegenüber dem Rand der Öffnung des Hohlraums platziert sein kann, die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze sich erstreckt, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders ausgerichtet zu sein, und der Spalt der zweiten Zündkerze eine Mitte aufweisen kann, die nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert ist.
Die erste Zündkerze und die zweite Zündkerze sind quer über die Achse des Zylinders zueinander angeordnet. Außerdem sind sowohl die erste Zündkerze als auch die zweite Zündkerze in demselben vorgegebenen Abstand entfernt von dem Injektor hin zur radialen Außenseite positioniert. Noch zweckmäßiger ist bei der zweiten Zündkerze die Mittelpunkt des Spaltes, der in Richtung der Achse des Zylinders beobachtet wird, auf einer Verlängerungslinie einer Geraden positioniert, die die Mitte des Spalts der ersten Zündkerze mit der Zentralachse des Zylinders verbindet. Wenn das in der Nähe der ersten Zündkerze ankommende Luft-Kraftstoff-Gemisch zu einem homogenen Luft-Kraftstoff-Gemisch wird, wie oben beschrieben, wird das in der Nähe der zweiten Zündkerze ankommende Luft-Kraftstoff-Gemisch ebenfalls ausreichend verdampft und mit Luft vermischt, bis der Kraftstoff die zweite Zündkerze erreicht. Ein derartiges Merkmal verringert erfolgreich die Schwankung der Konzentration des Luft-Kraftstoff-Gemischs für jeden Zyklus oder zwischen den Zylindern.
Ähnlich zum Fall der ersten Zündkerze erstreckt sich die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders ausgerichtet zu sein. Ein derartiges Merkmal kann das Risiko verringern, dass die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze den Gasstrom stört. Ferner ist auch der Spalt der zweiten Zündkerze nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert. Solche Merkmale tragen dazu bei, dem Luft-Kraftstoff-Gemisch wirksam Zündenergie zuzuführen, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteigert wird.
Daher bewirken die erste Zündkerze und die zweite Zündkerze eine stabile Zündung, und die zwei Zündkerzen, die quer über die Achse des Zylinders zueinander angeordnet sind, weisen die Zündung auf. Die Zündung mit zwei Zündkerzen bewirkt eine schnelle Verbrennung. Diese schnelle Verbrennung erhöht den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors.
Der Zylinderkopf kann zwei Einlasskanäle und zwei Auslasskanäle aufweisen. Eine von der ersten Zündkerze oder der zweiten Zündkerze kann zwischen den zwei Einlasskanälen platziert sein, und die jeweilig andere von der ersten Zündkerze oder der zweiten Zündkerze kann zwischen den zwei Auslasskanälen platziert sein.
Der Injektor ist mit der Achse des Zylinders fluchtend, und jede der zwei Zündkerzen ist bei einer von der Einlass-Seite oder der Auslass-Seite angeordnet, um symmetrisch in Bezug auf die Achse des Zylinders zu liegen. Eine derartige Anordnung verbessert die Gestaltung des Injektors und der zwei Zündkerzen auf dem Zylinderkopf.
Die Seitenelektrode der ersten Zündkerze und die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze können jeweils in eine entgegengesetzte Richtung gewandt sein.
Der mit der Achse des Zylinders fluchtende Injektor spritzt den Kraftstoff ein, und der eingespritzte Kraftstoff erzeugt eine Strömung von Gas in der Verbrennungskammer. Das Gas expandiert in einer radialen Weise bei 360 Grad rund um die Achse des Zylinders entlang einer Wand des Hohlraums und strömt entlang der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfs, um hin zur Achse des Zylinders, aus 360 Grad rund um die Achse des Zylinders herkommend, zu konvergieren. Die Seitenelektroden der zwei Zündkerzen, die auf der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfs angeordnet sind, sind jeweils in eine entgegengesetzte Richtung gewandt. Eine derartige Anordnung gestattet den Seitenelektroden, das Gas, das in allen Richtungen in der Verbrennungskammer strömt, zu empfangen, was zum weiteren Stabilisieren der Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs und zum vorteilhaften Stabilisieren der Verbrennung beiträgt.
Die Zündkerze kann in einer Mitte zwischen dem Injektor und einer Innenfläche des Zylinders positioniert sein.
Eine solche Positionierung gestattet dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, homogenisiert zu werden, bis der Kraftstoff in der Nähe der Zündkerze ankommt, was zum weiteren Stabilisieren der Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs beiträgt. Darüber hinaus, hält diese Positionierung die Zündkerze und die Innenfläche der Zylinders voneinander beabstandet. Dank der Positionierung breitet sich eine von der Zündkerze erzeugte Flamme leicht um die Zündkerze herum aus. Dies ist vorteilhaft zum Stabilisieren der Verbrennung. Insbesondere ist eine Konfiguration, welche die ersten und zweiten Zündkerzen einschließt, für eine schnelle Verbrennung vorteilhaft.
Der Hohlraum kann einen Vorsprung und einen abgesenkten Abschnitt einschließen, wobei der Vorsprung hin zur Zylinderkopfbodenfläche auf der Achse des Zylinders ansteigt, und beim abgesenkten Abschnitt eine Umfangsseitenfläche in Bezug auf die Achse des Zylinders geneigt ist, um rund um den Vorsprung vertieft zu sein und einen Durchmesser aufzuweisen, der sich von einem Boden des Hohlraums aus hin zur Öffnung erweitert.
Solche Merkmale gestatten dem Kraftstoff, der vom mit der Achse des Zylinders fluchtenden Injektor eingespritzt wird, entlang des Vorsprungs des Hohlraums zu strömen und den abgesenkten Abschnitt rund um den Vorsprung zu erreichen. Dann strömt der Kraftstoff entlang der Oberfläche des Hohlraums und expandiert in radialer Weise von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite. Der Vorsprung und der abgesenkte Abschnitt sind vorteilhaft beim Erzeugen einer Strömung des Gases, das in radialer Weise von der Achse des Zylinders entlang der Oberfläche des Hohlraums hin zur radialen Außenseite expandiert. Schließlich sind der Vorsprung und der abgesenkte Abschnitt vorteilhaft zum Erzeugen einer Strömung des Gases von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders.
Die Zylinderkopfbodenfläche kann zu einer Pultdachform mit Schrägen ausgestaltet sein, die jeweilig von einer von einer Einlass-Seite oder einer Auslass-Seite hin zur Achse des Zylinders ansteigen.
Eine derartige Konfiguration ist vorteilhaft beim Erzeugen einer Strömung von Gas von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders, nachdem die Gasströmung in einer radialen Weise von der Achse des Zylinders entlang der Oberfläche des Hohlraum zur radialen Außenseite expandiert hat. Die Zündkerze ist in einer Position auf der ansteigenden Zylinderkopfbodenfläche platziert, wobei die Verbrennung sowie die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs stabilisiert wird.
Eine Distanz zwischen der Mitte des Spalts und der Zylinderkopfbodenfläche kann in einem Bereich von 0 mm bis 2 mm eingestellt sein.
Wenn die Elektroden der Zündkerze von der Zylinderkopfbodenfläche aus übermäßig hervorragen, werden diese Elektroden einer hohen Temperatur ausgesetzt und nehmen Wärme auf. Im Ergebnis werden die Elektroden zwangsweise zu einer heißen Stelle, wodurch Vorab-Zündung verursacht wird. Wenn die Elektroden der Zündkerze hingegen ungenügend hervorragen (d. h. wenn die Distanz zwischen der Zylinderkopfbodenfläche und der Mitte des Spalts kürzer als 0 mm ist), läuft das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht durch die Elektroden, was das Versagen oder Schwierigkeiten bei der Zündung verursacht.
Die Distanz von der Zylinderkopfbodenfläche zur Mitte des Spalts zwischen den Elektroden der Zündkerze ist in einem Bereich von 0 mm bis 2 mm eingestellt. Eine solche Einstellung gestattet, dass die Elektroden der Zündkerze um eine passende Distanz hervorragen.
Es ist zu bemerken, dass der Spalt der Zündkerze vorteilhafterweise in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm eingestellt ist. Ein übermäßig großer Spalt erfordert unvermeidlich eine großen Betrag an Strom zur Entladung. Ein übermäßig kleiner Spalt verursacht einen fehlenden Funken; das heißt, die Elektroden absorbieren die Wärme einer Flamme, so dass die Flamme ausgelöscht wird. Infolgedessen ist es schwierig, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzünden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Verbrennungskammer für einen Verbrennungsmotor.
2 beinhaltet eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer Zylinderkopfbodenfläche eines Zylinderkopfs, und eine vergrößerte Querschnittsansicht auf den Boden zur Veranschaulichung eines Teils der Verbrennungskammer.
3 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer Gestalt eines Hohlraums, bereitgestellt auf einer Oberseite eines Kolbens, und einer Strömung von Gas in der Verbrennungskammer.
4 ist eine vergrößerte Ansicht zur Veranschaulichung der Platzierung einer Elektrode einer Zündkerze.
5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der Verbrennungskammer, wobei eine Anordnung von Zündkerzen gezeigt wird, die von jener, die in 2 veranschaulicht ist, verschieden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird eine Struktur einer Verbrennungskammer für einen Verbrennungsmotor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu anzumerken, dass die nachstehende Beschreibung ein Beispiel ist. Die 1 veranschaulicht eine Struktur einer Verbrennungskammer für einen Verbrennungsmotor. Ein Motor 1; nämlich ein funkengezündeter Verbrennungsmotor, ist zum Beispiel quer in einem Motorraum montiert, der im vorderen Bereich eines Fahrzeugs, wie eines KFZ, bereitgestellt ist. Details, wie der Motor eingebaut wird, sind nicht dargestellt. Der Motor 1 hat eine Ausgangswelle; nämlich eine Kurbelwelle, die über ein nicht dargestelltes Getriebe an Antriebsräder gekuppelt ist. Das Fahrzeug läuft, wenn die Leistung des Motors 1 auf die Antriebsräder übertragen wird. Es ist zu anzumerken, dass der Motor 1 longitudinal montiert sein kann.
Der Motor 1 beinhaltet einen Zylinderblock 21, und einen Zylinderkopf 22, der auf dem Zylinderblock 21 platziert ist. Mehrere Zylinder 23 sind im Zylinderblock 21 bereitgestellt. In diesem Beispiel verfügt der Motor 1 über vier Zylinder 23. Die vier Zylinder 23 sind entlang einer Kurbelwelle fluchtend; d. h. in einer Richtung senkrecht zur Ansicht in der 1. Es ist zu anzumerken, dass der Motor 1 eine beliebige Anzahl an Zylindern und jedwede Zylinderanordnung aufweisen kann.
In jedem der Zylinder 23 ist ein Kolben 24 insertiert. Der Kolben 24 ist mit der nicht dargestellten Kurbelwelle über eine Verbindungsstange 26 verbunden. Der Kolben 24 ist im Zylinder 23 hin- und herbewegbar. Eine Oberseite 241 des Kolbens 24, eine Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22, und eine Innenfläche des Zylinders 23 definieren die Verbrennungskammer 25.
Die Oberseite 241 des Kolbens 24 weist einen Hohlraum 242 auf, der eine Vertiefung ist, welche auf der Oberseite 241 gebildet ist. Wie in der 1, der Unterseitenansicht in 2 und 3 veranschaulicht, ist der Hohlraum 242 symmetrisch bezüglich einer Achse X des Zylinders 23 geformt.
Der Hohlraum 242 weist einen Vorsprung 2421 auf. Der Vorsprung 2421 ist auf der Achse X des Zylinders 23 bereitgestellt. Der Vorsprung 2421 ist im wesentlichen konisch gestaltet. Der Vorsprung 2421 steigt vom Boden des Hohlraums 242 entlang der Achse X des Zylinders 23 nach oben (d. h. hin zur Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22). Wie in 1 und der Unterseitenansicht von 2 veranschaulicht, hat der Vorsprung 2421 ein oberes Ende, das im wesentlichen so hoch wie die Oberseite 241 des Hohlraums 242 positioniert ist.
Der Hohlraum 242 beinhaltet ferner einen abgesenkten Abschnitt 2422, der rund um den Vorsprung 2421 bereitgestellt ist. Der abgesenkte Abschnitt 2422 deckt die Gesamtheit rund um den Vorsprung 2421 ab. Der abgesenkte Abschnitt 2422 weist eine Umfangsseiten-Oberfläche auf, die in Bezug auf die Achse X des Zylinders 23 geneigt ist, so dass sich ein Innendurchmesser des Hohlraums 242 graduell vom Boden zur Öffnung des Hohlraum 242 auf der Oberseite 241 des Kolben 24 hin erweitert.
Beim Kolben 24 ist dessen Oberseite 241 rund um den Hohlraum 242 flach ausgeformt. Wie in der 3 veranschaulicht, besitzt die Oberseite 241 einen Abschnitt, der mit Ventil-Aussparungen 243 für ein Einlassventil 31 und ein Auslassventil 32, welche später beschrieben werden, versehen ist.
Wie die 1 und 2 bildhaft veranschaulichen, sind beim Zylinderkopf 22 zwei Einlasskanäle 231 für jeden Zylinder 23 ausgeformt. Jeder von dem Einlasskanal 231 kommuniziert mit einer Verbrennungskammer 25. Wie in 2 veranschaulicht, ist jeder Einlasskanal 231 mit einem Einlassventil 31 versehen, das die Verbrennungskammer 25 vom Einlasskanal 231 abriegeln kann. Die zwei Einlassventile 31 sind entlang der Kurbelwelle des Motors 1 angeordnet. Die Einlassventile 31 werden von einem nicht dargestellten Einlassventiltrieb betrieben, und öffnen und schließen den Einlasskanal 231 mit einer vorgegebenen Zeitgebung.
Wie die 1 und 2 bildhaft veranschaulichen, sind beim Zylinderkopf 22 zudem zwei Auslasskanäle 232 für jeden Zylinder 23 ausgeformt. Jeder Auslasskanal 232 kommuniziert mit der Verbrennungskammer 25. Jeder Auslasskanal 232 ist mit einem Auslassventil 32 versehen, das die Verbrennungskammer 25 vom Auslasskanal 232 abriegeln kann. Die zwei Auslassventile 32 sind entlang der Kurbelwelle des Motors 1 angeordnet. Die Auslassventile 32 werden von einem nicht dargestellten Auslassventiltrieb betrieben, und öffnen und schließen den Auslasskanal 232 mit einer vorgegebenen Zeitgebung.
Wie in 2 veranschaulicht, beinhaltet die Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 Rampen 2211 und 2212. Die Rampe 2211 ist eine ansteigende Schräge von der Einlass-Seite hin zur Achse X des Zylinders 23. Die Rampe 2212 ist eine ansteigende Schräge von der Auslass-Seite hin zur Achse X des Zylinders 23. Die Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 ist zu einem sogenannten Pultdach geformt. Die Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 umfasst ferner flache Flächen 2213, die jeweils bei einem von der Peripherie der Rampe 2211 zur Einlass-Seite und der Peripherie der Rampe 2212 zur Auslass-Seite bereitgestellt sind. Die flachen Flächen 2213 sind zur Oberseite 241 des Kolbens 24 gewandt.
Hier, besitzt dieser Motor 1 ein hohes geometrisches Kompressionsverhältnis ε (z. B. ε ≥ 15), um den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Wie in der 1 veranschaulicht, hat die Verbrennungskammer 25 ein kleines Volumen, wenn der Kolben 24 einen oberen Totpunkt erreicht. Es ist zu beachten, dass die hier offenbarte Technik auf einen Motor anwendbar sein kann, der eine geringe geometrisches Kompression aufweist. Der Motor 1 kann ein geometrisches Kompressionsverhältnis ε von 10 oder höher aufweisen.
Der Zylinderkopf 22 ist mit einem Injektor 43 für jeden Zylinder 23 ausgestattet. Der Injektor 43 ist mit der Achse X des Zylinders 23 fluchtend. Der Injektor 43 hat eine Mündung, die auf der Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 bereitgestellt und dort positioniert ist, wo die Rampe 2211 zur Einlass-Seite und die Rampe 2212 zur Auslass-Seite einander treffen. Der Injektor 43 spritzt Kraftstoff (hier, Benzin oder Benzin-haltiger Kraftstoff) direkt in den Zylinder 23 ein. Der Injektor 43 kann jedwede Konfiguration aufweisen. Beispiele der Konfiguration können die von einem Kraftstoff-Injektor mit mehreren Mündungen sein. In Übereinstimmung mit einem Kraftstoff-Einspritzpuls aus einem nicht dargestelltem Motorcontroller, spritzt der Injektor 43 eine vorgegebene Menge des Kraftstoffs bei einer vorgegebenen Zeitgebung in den Zylinder 23 ein. Abhängig vom Betriebszustand des Motors 1, spritzt der Injektor 43 den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 25 ein, wenn der Kolben 24 in der Nähe eines oberen Kompressionstotpunkts ankommt. Wie die Pfeile der Unterseitenansicht von 2 und 3 zeigen, gestattet eine solche Ausgestaltung, dass der Injektor 43 den Kraftstoff abwärts, hin zum Hohlraum 242 des nahe dem oberen Kompressionstotpunkt positionierten Kolbens 24, einspritzt. Das Einspritzen des Kraftstoffs durch den Injektor 43 erzeugt eine Strömung von Gas in der Verbrennungskammer 25. Wie die Pfeile der Unterseitenansicht von 2 und 3 zeigen, strömt das Gas abwärts entlang des Vorsprungs 2421, der im Hohlraum 242 bereitgestellt und auf der Achse X positioniert ist. Das Gas strömt dann in einer radialen Weise von der Achse X des Zylinders 23 hin zu einer radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang einer Hohlraum-Oberfläche auf dem abgesenkten Abschnitt 2422 des Hohlraums 242. Hiernach erreicht das Gas eine Öffnung des Hohlraums 242, und strömt von einer radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der als Pultdach ausgeformten und auf dem Zylinderkopf 22 bereitgestellten Zylinderkopfbodenfläche 221; das heißt, entlang der Rampe 2211 an der Einlass-Seite und der Rampe 2212 an der Auslass-Seite. Das Gas strömt dann hin zur Achse X des Zylinders 23.
Der Zylinderkopf 22 ist zudem mit Zündkerzen 41 und 42 für jeden Zylinder 23 ausgestattet. In diesem Motor 1, ist ein Zylinder 23 mit zwei Zündkerzen ausgestattet; nämlich der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42. Die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 weisen denselben Wärmebereich auf. Es ist zu beachten, dass die beiden zu verwendenden Zündkerzen unterschiedliche Wärmebereiche aufweisen können. Die erste Zündkerze 41 ist quer über die Achse X des Zylinders 23 zur Auslass-Seite hin platziert. Die zweite Zündkerze 42 ist quer über die Achse X des Zylinders 23 zur Einlass-Seite hin platziert. Entsprechend einem Funkensignal vom Motorcontroller, zündet jede von der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 das Luft-Kraftstoff-Gemisch mit vorgegebener Zeitgebung, zum Beispiel gleichzeitig.
Wie in der Draufsicht von 2 veranschaulicht, ist die erste Zündkerze 41 zwischen den zwei Auslasskanälen 232 positioniert. Wie in in 1 veranschaulicht, ist die erste Zündkerze 41 am Zylinderkopf 22 von oben nach abwärts, und gewinkelt zur Achse X des Zylinders 23 bereitgestellt. Die erste Zündkerze 41 weist einen Spalt zwischen einer Mittelelektrode 411 und einer Seitenelektrode 412 auf. Der Spalt ist um einen vorgegebenen Abstand beabstandet zur Achse X des Zylinders 23 hin zu einer radialen Außenseite des Zylinders 23 positioniert und radial nach innen von einer Position gegenüber einem Rand der Öffnung des Hohlraums 242 platziert, wie durch eine gestrichelte Linie in der Draufsicht von 2 angedeutet. Im Genaueren ist der Spalt der ersten Zündkerze 41 in einer Mitte zwischen der Achse X des Zylinders 23 und einer Innenfläche des Zylinders 23 positioniert. Der Spalt der ersten Zündkerze 41 ist um d/4 entfernt von der Achse X des Zylinders 23 positioniert, wobei d ein Innendurchmesser des Zylinders 23 ist.
Darüber hinaus ist der Spalt der ersten Zündkerze 41 nahe der Zylinderkopfbodenfläche 221 und näher zum Inneren der Verbrennungskammer 25 als zur Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 positioniert. Insbesondere ist, bei am oberen Kompressionstotpunkt positionierten Kolben 24, die Mitte des Spalts der ersten Zündkerze 41 näher zur Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 als zur Oberfläche des Hohlraums 242 auf der Oberseite des Kolbens 24 positioniert. Genauer gesagt ist, wie in 4 veranschaulicht, die erste Zündkerze 41 so am Zylinderkopf 22 bereitgestellt, dass ein Abstand L zwischen einer Mitte C des Spalts der ersten Zündkerze 41 und einer Zylinderkopfbodenfläche (hier die Rampe 2212 zur Auslass-Seite) des Zylinderkopfs 22 ein vorgegebener Abstand ist. Der Abstand L zwischen der Mitte C des Spaltes und der Zylinderkopfbodenfläche (d. h. der Rampe 2212) des Zylinderkopfs 22 ist in einem Bereich von 1 ± 1 mm eingestellt. Es ist zu beachten, dass eine Größe G des Spalts der ersten Zündkerze 41 in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm festgelegt ist. Ein übermäßig großer Spalt erfordert zwangsläufig eine große Menge an Strom für die Entladung. Ein übermäßig kleiner Spalt verursacht einen fehlenden Funken; das heißt, die Elektroden absorbieren die Wärme einer Flamme, so dass die Flamme ausgelöscht wird. Im Ergebnis ist es schwierig, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzünden.
Weiterhin ist die erste Zündkerze 41 am Zylinderkopf 22 so bereitgestellt, dass sich die L-förmige Seitenelektrode 412 erstreckt, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von einer radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23 ausgerichtet zu sein, wie in der Draufsicht von 2 veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass die Ausrichtung der Seitenelektrode 412 durch eine Richtung definiert ist, in der sich ein Abschnitt der Seitenelektrode 412, der der Mittelelektrode 411 gegenüberliegt, erstreckt. Im Speziellen, in der Draufsicht von 2, strömt das Gas nahe der Elektrode der ersten Zündkerze 41 von links nach rechts in der Ansicht von 2. Die Seitenelektrode 412 der ersten Zündkerze 41 ist so ausgerichtet, dass bezüglich dieser Gasströmung, der der Mittelelektrode 411 gegenüberliegende Abschnitt der Seitenelektrode 412 in der Draufsicht der 2 von unten nach oben ausgerichtet ist. Es ist zu beachten, dass die erste Zündkerze 41 an dem Zylinderkopf 22 so bereitgestellt ist, dass die Seitenelektrode 412 in einem Bereich von ±30° ausgerichtet ist, wobei als Referenz die Ausrichutng der Seitenelektrode 412 herangezogen wird, die sich ”in einer Richtung senkrecht zu einer Gasströmung von der radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23” erstreckt.
Wie in der Draufsicht von 2 veranschaulicht, ist die zweite Zündkerze 42 zwischen den zwei Einlasskanälen 231 positioniert. Wie in 1 veranschaulicht, ist die zweite Zündkerze 42 am Zylinderkopf 22 von oben nach unten und zur Achse X des Zylinders 23 gewinkelt bereitgestellt. Die zweite Zündkerze 42 weist, ähnlich wie die erste Zündkerze 41, eine Spalt zwischen den Elektroden auf. Der Spalt ist in einem vorgegebenen Abstand entfernt von der Achse X des Zylinders 23 hin zur radialen Außenseite des Zylinders 23 positioniert, und von einer dem Rand der Öffnung des Hohlraums 242 gegenüberliegenden Position radial nach innen platziert, was durch eine gestrichelte Linie in der Draufsicht von 2 angedeutet ist. Genauer gesagt ist der Spalt der zweiten Zündkerze 42 (i) in einer Mitte zwischen der Achse X des Zylinders 23 und einer Innenfläche des Zylinders 23, und (ii) um d/4 beabstandet von der Achse X des Zylinders 23 positioniert. Somit liegen die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 in gleichem Abstand vom Injektor 43 entfernt. Der Spalt der ersten Zündkerze 41 und der Spalt der zweiten Zündkerze 42 sind auf der gleichen Umfangslinie eines Kreises positioniert, bei dem die Achse X des Zylinders 23 zentriert liegt.
Ähnlich dem Spalt der ersten Zündkerze 41, ist der Spalt der zweiten Zündkerze 42 nahe der Zylinderkopfbodenfläche 221, und näher zum Inneren der Verbrennungskammer 25 als zur Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 positioniert. Die zweite Zündkerze 42 ist am Zylinderkopf 22 so bereitgestellt, dass ein Abstand zwischen der Mitte des Spaltes der zweiten Zündkerze 42 und einer Zylinderkopfbodenfläche (hier die Rampe 2211 zur Einlassseite) des Zylinderkopfs 22 ein vorgegebener Abstand ist. Hier wird auf eine detaillierte Darstellung verzichtet. Der Abstand zwischen der Mitte des Spaltes der zweiten Zündkerze 42 und der Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 ist ebenfalls in einem Bereich von 1 ± 1 mm eingestellt.
Weiterhin ist die zweite Zündkerze 42 so am Zylinderkopf 22 bereitgestellt, dass sich die L-förmige Seitenelektrode 422 erstreckt, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von einer radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23 ausgerichtet zu sein, wie in 2 veranschaulicht. Im Speziellen, in der Draufsicht von 2, strömt das Gas nahe der Elektrode der zweiten Zündkerze 42 von rechts nach links in der Ansicht von 2. Die Seitenelektrode 422 der zweiten Zündkerze 42 ist so ausgerichtet, dass bezüglich dieser Gasströmung, der einer Mittelelektrode 421 gegenüberliegende Abschnitt der Seitenelektrode 422 in der Draufsicht der 2 von oben nach unten ausgerichtet ist. Somit sind die Seitenelektrode 412 der ersten Zündkerze 41 und die Seitenelektrode 422 der zweiten Zündkerze 42 jeweils in die entgegengesetzte Richtung gewandt. Mit anderen Worten sind die Seitenelektrode 412 und die Seitenelektrode 422 um 180° versetzt angeordnet. Es ist zu beachten, dass auch die zweite Zündkerze 42 an dem Zylinderkopf 22 so bereitgestellt ist, dass die Seitenelektrode 422 in einem Bereich von ±30° ausgerichtet ist, wobei als Referenz die Ausrichtung der Seitenelektrode 422 herangezogen wird, die sich ”in einer Richtung senkrecht zur Gasströmung von der radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23” erstreckt.
In diesem Motor 1 spritzt der Injektor 43, der auf der Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 platziert ist und mit der Achse X des Zylinders 23 fluchtend ist, den Kraftstoff in Richtung des Hohlraums 242 ein, der auf der Oberseite 241 des Kolbens 24 bereitgestellt ist. Im Besonderen, wenn der Kolben 24 in der Nähe des oberen Kompressionstotpunkts positioniert ist, erzeugt die Einspritzung des Kraftstoffs aus dem Injektor 43 eine Strömung des Gases in der Verbrennungskammer 25, wie durch die Pfeile in den 2 und 3 veranschaulicht. Das Gas expandiert in radialer Weise von der Achse X des Zylinders 23 entlang einer Oberfläche des Hohlraums 242 hin zur radialen Außenseite des Zylinders 23. Das Gas strömt dann von der radialen Außenseite entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 hin zur Achse X des Zylinders 23.
Hierbei weist der Hohlraum 242 auf: den Vorsprung 2421, der nach oben auf der Achse X des Zylinders 23 verläuft; und den abgesenkten Abschnitt 2422, der um den Vorsprung 2421 herum vertieft ist und dessen Umfangsseiten-Oberfläche hin zur Achse X des Zylinders 23 geneigt ist, so dass sich der Innendurchmesser des Hohlraums 242 von seinem Boden aus in Bezug auf eine Öffnung des Hohlraums 242 erweitert. Die Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 ist dabei zu einem Pultdach geformt; d. h. die Zylinderkopfbodenfläche 221 bildet jeweils ansteigende Schrägen von einer von der Einlass-Seite und der Auslass-Seite hin zur Achse X des Zylinders 23. Eine derartige Form der Verbrennungskammer erleichtert die Erzeugung der Gasströmung durch die Kraftstoff-Einspritzung.
Die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 sind so angeordnet, dass der Spalt zwischen der Mittelelektrode 411 und der Seitenelektrode 412 und der Spalt zwischen der Mittelelektrode 421 und der Seitenelektrode 422 im Fluss des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 des Zylinderkopfs 22 hin zur Achse X des Zylinders 23 positioniert sind. Eine derartige Anordnung bewirkt eine stabile Zündung.
Genauer gesagt sind die Spalte der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 an der Zylinderkopfbodenfläche 221 entfernt von der Achse X des Zylinders 23 hin zur radialen Außenseite des Zylinders 23 in einem vorgegebenen Abstand positioniert, und von einer Position gegenüber einem Rand der Öffnung des Hohlraums 242 radial nach innen hin platziert. Insbesondere sind die Spalte der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 von der Achse X des Zylinders 23 um d/4 entfernt positioniert. Der Kraftstoff strömt in radialer Weise von der Achse X des Zylinders 23 entlang der Oberfläche des Hohlraums 242 hin zur radialen Außenseite. Der Kraftstoff strömt dann unter Befolgung des Gasstroms von der radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23. Bis er in der Nähe der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 ankommt, wird der Kraftstoff ausreichend verdampft und mit Luft vermischt. Ein derartiges Merkmal vermindert erfolgreich die Schwankung der Konzentration des Luft-Kraftstoff-Gemischs für jeden Zyklus. Die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 entzünden in stabiler Weise das brennbare Luft-Kraftstoff-Gemisch.
Außerdem sind die Spalte der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 bei d/4 beabstandet von der Achse X des Zylinders 23 positioniert. Somit sind die Spalte auch von der Innenseitenfläche des Zylinders 23 um d/4 beabstandet. Dank dieser Positionierung breitet sich eine durch die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 erzeugte Flamme problemlos um die Zündkerzen herum aus, was die Verbrennung in vorteilhafter Weise stabilisiert. Kontinuierliche und stabile Zünd- und Verbrennungsereignisse vermittels der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 und die obige Gasströmung in der Verbrennungskammer 25 können schnelle Verbrennungsereignisse bewirken. Die schnelle Verbrennung erhöht den thermischen Wirkungsgrad des Motors 1.
Darüber hinaus erstrecken sich die Seitenelektrode 412 der ersten Zündkerze 41 und die Seitenelektrode 422 der zweiten Zündkerze 42, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders 23 entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 hin zur Achse X des Zylinders 23 ausgerichtet zu sein. Diese Ausrichtung der Seitenelektroden 412 und 422 ermöglicht es, dass Basisabschnitte der L-förmigen Seitenelektroden 412 und 422 senkrecht zum Gasfluss in Bezug auf die Mittelelektroden 411 und 421 angeordnet sind, wie in der Draufsicht von 2 veranschaulicht. Eine solche Anordnung verringert das Risiko, dass die Seitenelektroden 412 und 422 den Gasfluss stören.
Weiterhin, wie veranschaulicht in der 3, strömt das Gas in der Verbrennungskammer 25 zu 360 Grad um die Achse X des Zylinders 23 herum. Die Seitenelektrode 412 der ersten Zündkerze 41 und die Seitenelektrode 422 der zweiten Zündkerze 42, die jeweils in eine entgegengesetzte Richtung gewandt sind, können das Gas aufnehmen, das zu 360 Grad um die Achse X des Zylinders 23 strömt. Ein solches Merkmal trägt zur weiteren Stabilisierung der Entzündbarkeit von Luft-Kraftstoff-Gemisch und zum vorteilhaften Stabilisieren der Verbrennung bei.
Darüber hinaus sind die Spalte der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 nah zur Zylinderkopfbodenfläche 221 und näher zum Inneren der Verbrennungskammer 25 als zur Zylinderkopfbodenfläche 221 positioniert. Solche Merkmale tragen dazu bei, das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das entlang der Zylinderkopfbodenfläche 221 strömt, wirksam mit Zündenergie zu beaufschlagen, was die Entzündbarkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs erhöht.
Wenn hierbei die Elektroden der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 übermäßig aus der Zylinderkopfbodenfläche 221 herausragen, werden diese Elektroden einer hohen Temperatur ausgesetzt und nehmen Wärme auf. Im Ergebnis werden die Elektroden zwangsweise zu heißen Stellen, wodurch Vorab-Zündung verursacht wird. Wenn die Elektroden der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 hingegen ungenügend hervorragen, läuft das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht durch die Elektroden, was das Versagen oder Schwierigkeiten bei der Zündung verursacht.
Der Abstand zwischen der Zylinderkopfbodenfläche 221 und den Mitten der Spalte der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 ist in einem Bereich von 0 mm bis 2 mm festgelegt. Eine solche Einstellung ermöglicht es den Elektroden der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42, um eine geeignete Distanz hervorzustehen. Es ist anzumerken, dass Untersuchungen, die beispielsweise von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung durchgeführt wurden, ergeben haben, dass ein höheres Kompressionsverhältnis des Motors 1 häufigere Vorabzündungsereignisse verursacht, die auftreten, wenn die Elektroden der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 um eine große Distanz hervorstehen. Daher ist es für den Motor 1 mit einem hohen geometrischen Kompressionsverhältnis wichtiger, die Vorstehdistanzen der Elektroden der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 zu regulieren.
Während der Injektor 43 mit der Achse X des Zylinders 23 fluchtend ist, ist zudem die erste Zündkerze 41 zwischen den zwei Auslasskanälen 232 platziert und die zweite Zündkerze 42 zwischen den zwei Einlasskanälen 231 platziert. Eine solche Anordnung verbessert das Layout des Injektors 43, der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 auf dem Zylinderkopf 22.
Es ist zu beachten, dass bei der Montage der ersten Zündkerze 41 und der zweiten Zündkerze 42 die Seitenelektrode 412 der ersten Zündkerze 41 und die Seitenelektrode 422 der zweiten Zündkerze 42 in der gleichen Richtung ausgerichtet sein können, wie beispielsweise in 5 veranschaulicht.
In der obigen Konfiguration ist die erste Zündkerze 41 zur Auslass-Seite bezüglich der Achse X des Zylinders 23 platziert, und die zweite Zündkerze 42 ist zur Einlass-Seite bezüglich der Achse X des Zylinders 23 platziert. Stattdessen können die erste Zündkerze 41 und die zweite Zündkerze 42 quer über die Achse X des Zylinders 23 zueinander entlang der Kurbelwelle platziert werden (eine vertikale Richtung in der Draufsicht von 2).
Außerdem kann, anstelle der Bereitstellung der zwei Zündkerzen 41 und 42 für einen Zylinder 23, eine Zündkerze für einen Zylinder 23 bereitgestellt sein. Die eine Zündkerze kann entweder zur Einlass-Seite oder Auslass-Seite quer zur Achse X des Zylinders 23 bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann die eine Zündkerze an einer der beiden Seiten, quer zur Achse X des Zylinders 23, entlang der Kurbelwelle bereitgestellt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 07-42433 [0002]

Claims

Verbrennungsmotor, umfassend: einen Kolben, eingesetzt in einen Zylinder und aufweisend einen Hohlraum auf einer Oberseite des Kolbens, der die Verbrennungskammer definiert, wobei der Hohlraum symmetrisch in Bezug auf eine Achse des Zylinders geformt ist; einen Injektor, bereitgestellt an einem Zylinderkopf und fluchtend mit der Achse des Zylinders, auf einer Zylinderkopfbodenfläche, die die Verbrennungskammer definiert, wobei der Injektor konfiguriert ist, Kraftstoff in den Hohlraum einzuspritzen; und eine Zündkerze, einschließlich einer Mittelelektrode und Seitenelektrode, wobei die Zündkerze konfiguriert ist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer zu entzünden, wobei die Einspritzung des Kraftstoffs durch den Injektor eine Strömung von Gas in der Verbrennungskammer erzeugt, sich das Gas in radialer Weise von der Achse des Zylinders entlang einer Oberfläche des Hohlraums hin zu einer radialen Außenseite des Zylinders ausbreitet, und dann von der radialen Außenseite des Zylinders aus entlang der Zylinderkopfbodenfläche des Zylinderkopfs hin zur Achse des Zylinders strömt, die Zündkerze einen Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode aufweist, so dass der Spalt in der Strömung des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders positioniert ist, der Spalt, an der Zylinderkopfbodenfläche, um eine vorgegebene Distanz entfernt von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite des Zylinders positioniert ist, und radial nach innen von einer Position gegenüber des Rands einer Öffnung des Hohlraums platziert ist, die Seitenelektrode sich erstreckt, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders ausgerichtet zu sein, und der Spalt eine Mitte aufweist, die nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert ist.
Verbrennungsmotor nach Anpruch 1, wobei der Injektor konfiguriert ist, den Kraftstoff einzuspritzen, wenn der Kolben in der Nähe eines oberen Kompressionstotpunkts ankommt.
Verbrennungsmotor nach Anpruch 1 oder Anpruch 2, ferner umfassend eine erste Zündkerze, die als die Zündkerze fungiert, und eine zweite Zündkerze, die quer zur Achse des Zylinders von der ersten Zündkerze aus platziert ist und eine Mittelelektrode und die Seitenelektrode einschließt, wobei die zweite Zündkerze einen Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Seitenelektrode der zweiten Zündkerze aufweist, so dass der Spalt in der Strömung des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders positioniert ist, der Spalt der zweiten Zündkerze, an der Zylinderkopfbodenfläche, um eine vorgegebene Distanz entfernt von der Achse des Zylinders hin zur radialen Außenseite des Zylinders positioniert und radial nach innen von einer Position gegenüber dem Rand der Öffnung des Hohlraums platziert ist, die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze sich erstreckt, um in einer Richtung senkrecht zur Strömung des Gases von der radialen Außenseite des Zylinders entlang der Zylinderkopfbodenfläche hin zur Achse des Zylinders ausgerichtet zu sein, und der Spalt der zweiten Zündkerze eine Mitte aufweist, die nahe der Zylinderkopfbodenfläche und näher zum Inneren der Verbrennungskammer als zur Zylinderkopfbodenfläche positioniert ist.
Verbrennungsmotor nach Anpruch 3, wobei der Zylinderkopf zwei Einlass-Kanäle und zwei Auslass-Kanäle aufweist, die erste Zündkerze oder die zweite Zündkerze zwischen den zwei Einlass-Kanälen platziert ist, und eine andere der ersten Zündkerze oder der zweiten Zündkerze zwischen den zwei Auslass-Kanälen platziert ist.
Verbrennungsmotor nach Anpruch 3 oder Anpruch 4, wobei die Seitenelektrode der ersten Zündkerze und die Seitenelektrode der zweiten Zündkerze jeweils in eine entgegengesetzte Richtung gewandt sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Anprüche 1 bis 5, wobei die Zündkerze in einer Mitte zwischen dem Injektor und einer Innenfläche des Zylinders positioniert ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Anprüche 1 bis 6, wobei der Hohlraum einen Vorsprung und einen abgesenkten Abschitt beinhaltet, wobei der Vorsprung hin zur Zylinderkopfbodenfläche auf der Achse des Zylinders ansteigt, und wobei der abgesenkte Abschnitt eine Umfangsseitenfläche besitzt, die in Bezug auf die Achse des Zylinders geneigt ist, um rund um den Vorsprung vertieft zu sein und einen Durchmesser aufzuweisen, der sich von einem Boden des Hohlraums aus hin zur Öffnung erweitert.
Verbrennungsmotor nach einem der Anprüche 1 bis 7, wobei die Zylinderkopfbodenfläche zu einem Pultdach mit Schrägen ausgeformt ist, die jeweilis von einer Einlass-Seite oder einer Auslass-Seite hin zur Achse des Zylinders ansteigen.
Verbrennungsmotor nach einem der Anprüche 1 bis 8, wobei eine Distanz zwischen der Mitte des Spalts und der Zylinderkopfbodenfläche in einem Bereich von 0 mm bis 2 mm eingestellt ist.