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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine.
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Hintergrund
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In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen, Maskierungsteile um Einlassöffnungen herum vorzusehen, die durch Einlassventile geöffnet und geschlossen werden (z.B. Japanische Patentveröffentlichung mit der Nr.
JP 2010-185457 A ). Die Maskierungsteile sind mit Wandoberflächen vorgesehen, die so ausgebildet sind, dass sich diese entlang der Außenkanten der Einlassöffnungen in Richtung hin zu der Innenseite der Brennkammer auf den entgegengesetzten Seiten zu den Auslassöffnungsseiten (nachfolgend als die „Gegen-Auslassöffnungsseiten“ bezeichnet) erstrecken.
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Die Wandoberflächen solcher Maskierungsteile dienen beim Anheben der Einlassventile als Strömungswiderstände gegen einen Teil des von den Einlassöffnungen bzw. - kanälen in den Brennraum aufgenommenen Einlass- bzw. Ansauggases. Das durch Bereiche strömende Ansauggas, die auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen positioniert sind, wird dadurch daran gehindert, in die Brennkammer zu strömen. Folglich wird verhindert, dass in der Brennkammer eine Umkehr- bzw. Rückwärts-Tumble-Strömung erzeugt wird, und in der Brennkammer wird eine starke normale Tumble-Strömung ausgebildet.
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Kurzfassung
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[Technisches Problem]
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Bekannt im Stand der Technik ist eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einem Kraftstoffinjektor vorgesehen ist, der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer einspritzt. Als eine solche Verbrennungskraftmaschine gibt es solche, bei denen ein Düsenloch des Kraftstoffinjektors in der Mitte der Brennkammer positioniert ist, und solche, bei denen ein Düsenloch des Kraftstoffinjektors zwischen zwei Einlassöffnungen auf der Gegen-Auslassöffnungsseite von den Einlassöffnungen positioniert ist. Von diesen wird beispielsweise beim letztgenannten Kraftstoffinjektor Kraftstoff eingespritzt, so dass die Mittelachse des Kraftstoffstrahls aus dem Kraftstoffinjektor zwischen den beiden Einlassöffnungen verläuft.
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Wenn jedoch in diesem Zusammenhang Kraftstoff auf diese Art und Weise von einem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, interferieren die Maskierungsteile mit dem Kraftstoffstrahl, falls, wie beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr.
JP 2010-185457 A beschrieben ist, die Wandteile der Maskierungsteile entlang der gesamten Außenkanten der Einlassöffnungen auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten vorgesehen sind. Infolgedessen wird sich ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs auf den Maskierungsteilen ablagern. Daher kann es zu einer Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund einer Zunahme des Kraftstoffes, der nicht zu der Verbrennung beiträgt, oder zu einer Verschlechterung der Abgasemission aufgrund der Bildung von Partikeln und einer schlechten Vermischung des Luft-Kraftstoff-Gemisches kommen.
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Falls andererseits die Höhen der Wandoberflächen der Maskierungsteile insgesamt niedrig gemacht werden oder die Maskierungsteile lediglich um die Außenkanten der Bereiche, bei denen die beiden Einlassöffnungen voneinander getrennt sind, vorgesehen sind, wird es schwieriger, dass die Wandoberflächen der Maskierungsteile als Strömungswiderstände gegen das durch die auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen angeordneten Bereichen fließende Einlassgas dient. Daher wird in der Brennkammer eine relativ starke Umkehr-Tumble-Strömung erzeugt, und die in der Brennkammer erzeugte Tumble-Strömung wird schwächer.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung des vorstehenden technischen Problems gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Maskierungsteile geeignet auszubilden, um dadurch die Schwächung der Tumble-Strömung gering zu halten, während eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Abgasemissionen verhindert wird.
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[Lösung des Problems]
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen, und der Kern davon liegt im Folgenden.
- (1) Eine Verbrennungskraftmaschine, aufweisend:
- zwei Einlassöffnungen, die einer Brennkammer zugewandt sind und durch Einlassventile geöffnet und geschlossen werden;
- Auslassöffnungen, die der Brennkammer zugewandt sind und durch Auslassventile geöffnet und geschlossen werden;
- einen Kraftstoffinjektor mit einer Mehrzahl von Düsenlöchern; und
- Maskierungsteile mit Wandoberflächen, die sich auf den entgegengesetzten Seiten zu den Auslassöffnungsseiten bzw. den Gegen-Auslassöffnungsseiten entlang von äußeren Rändern bzw. Außenrändern der Einlassöffnungen in Richtung hin zu dem Inneren der Brennkammer erstrecken,
- wobei der Kraftstoffinjektor so angeordnet ist, dass die Düsenlöcher zwischen den beiden Einlassöffnungen auf den entgegengesetzten Seiten zu den Auslassöffnungsseiten von den Einlassöffnungen positioniert sind,
- wobei die Mehrzahl von Düsenlöchern ein erstes Düsenloch aus der Mehrzahl von Düsenlöchern umfasst, welches Kraftstoff in einer Richtung mit dem kleinsten Winkel zu einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung des Zylinders einspritzt, und
- die Wandoberflächen so ausgebildet sind, dass eine Höhe in einem ersten Düsenlochausstoßbereich, der bei Betrachtung in der axialen Richtung des Zylinders in einem Einspritzbereich eines Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch positioniert ist, niedriger ist als eine Höhe in anderen Bereichen als dem ersten Düsenlochausstoßbereich.
- (2) Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Vorstehenden (1), wobei die Wandoberfläche so ausgebildet ist, dass eine Höhe in einem anderen Düsenlochausstoßbereich, der bei Betrachtung in der axialen Richtung des Zylinders außerhalb eines Einspritzbereichs eines Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch und innerhalb eines Einspritzbereichs eines Kraftstoffstrahls aus einem anderen Düsenloch als dem ersten Düsenloch positioniert ist, gleich einer Höhe eines Bereichs ist, der am weitesten von der Auslassöffnungsseite getrennt ist.
- (3) Die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Vorstehenden (1) oder (2), wobei
- das erste Düsenloch lediglich einem einzelnen Loch entspricht, und
- der Kraftstoffinjektor derart konfiguriert ist, dass eine Mittelachse eines Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch zwischen den beiden Einlassöffnungen verläuft
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch geeignetes Ausbilden der Maskierungsteile möglich, die Schwächung der Tumble-Strömung gering zu halten, während eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Abgasemission verhindert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Teil-Querschnittansicht, die eine Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
- 2 ist eine Teil-Unteransicht, die eine Bodenfläche eines Zylinderkopfes schematisch darstellt.
- 3 ist eine Seitenansicht, die eine Spitzenfläche eines Spitzenteils eines Kraftstoffinjektors schematisch darstellt.
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Zylinderkopfs entlang der Linie IV-IV von 2 betrachtet.
- 5 ist eine Teil-Querschnittsansicht ähnlich zu 1 in dem Zustand, in dem Kraftstoff von einem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird.
- 6 ist eine Seitenansicht, die eine Spitzenfläche eines Spitzenteils eines Kraftstoffinjektors schematisch darstellt.
- 7 ist eine Querschnittsansicht ähnlich zu 4 eines Teils eines Zylinderkopfs entlang der Linie IV-IV von 2 betrachtet.
- 8 ist eine perspektivische Teilansicht, die eine Bodenfläche eines Teils eines Zylinderkopfs zeigt.
- 9 ist eine Teil-Unteransicht ähnlich zu 2, die eine Bodenfläche eines Zylinderkopfs schematisch darstellt.
- 10 ist eine Ansicht, welche die in der Brennkammer erzeugte Strömung des Ansauggases in dem Fall schematisch zeigt, in welchem die Einlassventile geöffnet sind.
- 11 ist eine perspektivische Teilansicht ähnlich zu 8, welche eine Bodenfläche eines Teils eines Zylinderkopfs in dem Fall zeigt, in welchem andere Maskierungsteile als diejenigen der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind.
- 12 ist eine Teil-Unteransicht ähnlich zu 2, welche eine Bodenfläche eines Zylinderkopfes in dem Fall schematisch zeigt, in welchem andere Maskierungsteile als bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen im Detail erläutert. Zu beachten ist, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind.
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Konfiguration der Verbrennungskraftmaschine
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1 ist eine Teil-Querschnittsansicht, die eine Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einem Zylinderblock 2, einem Zylinderkopf 3, Kolben 4 und einer Pleuelstange 5 vorgesehen.
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Der Zylinderblock 2 ist mit einer Mehrzahl von Zylindern 6 vorgesehen, die ausgerichtet angeordnet sind. Der Zylinderkopf 3 ist so angeordnet, dass dieser an einer Anlagefläche A an dem Zylinderblock 2 anliegt, und so angeordnet, dass dieser erste Öffnungen der bei dem Zylinderblock 2 ausgebildeten Zylinder 6 verschließt.
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Jeder Kolben 4 ist so angeordnet, dass sich dieser durch das Innere eines in dem Zylinderblock 2 ausgebildeten Zylinders 6 hin und her bewegt. Der Kolben 4 ist über einen Kolbenbolzen mit der Pleuelstange 5 verbunden. Die Pleuelstange 5 ist über einen Kurbelzapfen mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden. Die Pleuelstange 5 dient dazu, die Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle umzuwandeln. Ferner bildet die Wandoberfläche eines Zylinders 6 des Zylinderblocks 2, der Zylinderkopf 3 und der Kolben 4 eine Brennkammer 7, in der das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird.
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2 ist eine Teil-Unteransicht, welche die Bodenfläche des Zylinderkopfs 3 schematisch zeigt. 2 zeigt insbesondere den Teil des Zylinderkopfes 3, der so positioniert ist, dass dieser einen Zylinder 6 verschließt, schematisch. Ferner zeigt 2 den Zustand, in dem die Einlassventile 21 und die Auslassventile 31 nicht vorgesehen sind.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 3 mit Einlasskanälen 11 und Auslasskanälen 12 ausgebildet. Die Einlasskanäle 11 sind den Brennkammern 7 zugewandt und stehen mit den Brennkammern 7 über Einlassöffnungen 13, die bei dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind, in Verbindung. Gleichermaßen sind die Auslasskanäle 12 den Brennkammern 7 zugewandt und stehen mit den Brennkammern 7 über Auslassöffnungen 14, die bei dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind, in Verbindung.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind bei der vorliegenden Ausführungsform bei jeder Brennkammer 7 zwei Einlassöffnungen 13 und zwei Auslassöffnungen 14 vorgesehen. Die beiden Einlassöffnungen 13 sind in der gleichen Richtung wie die Richtung, in der die mehreren Zylinder 6 ausgerichtet sind (nachfolgend als die „Zylinderanordnungsrichtung“ bezeichnet), ausgerichtet angeordnet. Gleichermaßen sind die beiden Auslassöffnungen 14 in der gleichen Richtung wie die Zylinderanordnungsrichtung ausgerichtet angeordnet. Die beiden Einlassöffnungen 13 sind auf einer Seite der sich durch die Mitte des Zylinders 6 erstreckenden und sich in der Zylinderanordnungsrichtung erstreckenden Mittelebene C angeordnet, während die beiden Auslassöffnungen 14 auf der anderen Seite angeordnet sind.
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Zu beachten ist, dass in dieser Spezifikation die Richtung senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung und von der Mittelebene C hin zu den Einlassöffnungen 13, das heißt, die Richtung ausgehend von den Auslassöffnungen 14 in Richtung hin zu den Einlassöffnungen 13, als die „Gegen-Auslassöffnungsseite“ bezeichnet ist, während die Richtung senkrecht zu der Zylinderanordnungsrichtung und von der Mittelebene C hin zu den Auslassöffnungen 14, das heißt, die Richtung ausgehend von den Einlassöffnungen 13 in Richtung hin zu den Auslassöffnungen 14, als die „Auslassöffnungsseite“ bezeichnet ist.
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Ferner sind, wie in 2 gezeigt ist, Einlasssitzteile 15, an denen die Einlassventile 21 (später erläutert) zu der Zeit des Ventilschließens anliegen, über die gesamten Umfänge um die Randteile der Einlassöffnungen 13 vorgesehen. Gleichermaßen sind Auslasssitzteile 16, an denen die Auslassventile 31 (später erläutert) zu der Zeit des Ventilschließens anliegen, über die gesamten Umfänge um die Randteile der Auslassöffnungen 14 herum vorgesehen. Die Einlasssitzteile 15 können als von dem Zylinderkopf 3 getrennte Ventilsitze ausgebildet sein oder diese können Sitze sein, die direkt bei dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 3 so ausgebildet, dass die obere Fläche jeder Brennkammer 7 zwei schräge bzw. geneigte Oberflächen aus der einlassseitigen geneigten Oberfläche 17 und der auslassseitigen geneigten Oberfläche 18 aufweist. Die einlassseitige geneigte Oberfläche 17 ist so ausgebildet, dass die Höhe ausgehend von der Anlagefläche A (Länge von der Anlagefläche A in axialer Richtung Z des Zylinders 6) von dem Randteil auf der Einlassöffnungsseite (Gegen-Auslassöffnungsseite) in Richtung hin zu der Mittelebene C höher wird. Die auslassseitige geneigte Oberfläche 18 ist so ausgebildet, dass die Höhe ausgehend von der Anlagefläche A von dem Randteil der Auslassöffnungsseite hin zu der Mittelebene C höher wird. Daher ist die obere Fläche der Brennkammer 7 schräg bzw. geneigt, so dass diese bei der Mittelebene C am höchsten wird.
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Ferner ist der Zylinderkopf 3 mit Einlassventilen 21, welche die Einlassöffnungen 13 öffnen und schließen, Auslassventilen 31, welche die Auslassöffnungen 14 öffnen und schließen, Zündkerzen 41 zum Entzünden eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennkammern 7 und Kraftstoffinjektoren 51 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammern 7 vorgesehen.
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Jedes Einlassventil 21 ist mit einem Ventilschaft 22 und einem Ventilkopf 23, der an einem Ende des Ventilschaftes 22 fixiert ist, vorgesehen. Das Einlassventil 21 ist in dem Zylinderkopf 3 angeordnet, um in der Richtung, in der sich der Ventilschaft 22 erstreckt, das heißt, der axialen Richtung des Einlassventils 21, gleiten zu können. Das Einlassventil 21 wird in dessen axialer Richtung durch einen Einlassventilbetätigungsmechanismus angehoben (nicht gezeigt). Der Einlassventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus sein, der in der Lage ist, zumindest eine Größe aus einem Betätigungswinkel, einem Phasenwinkel und einem maximalen Hubbetrag des Einlassventils 21 zu verändern, oder dieser kann ein Ventilbetätigungsmechanismus sein, der nicht in der Lage ist, diese zu verändern.
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Gleichermaßen ist jedes Auslassventil 31 mit einem Ventilschaft 32 und einem Ventilkopf 33, der an einem Ende des Ventilschaftes 32 fixiert ist, vorgesehen. Das Auslassventil 31 ist in dem Zylinderkopf 3 angeordnet, um in der Richtung, in der sich der Ventilschaft 32 erstreckt, das heißt, der axialen Richtung des Auslassventils 31, gleiten zu können. Das Auslassventil 31 wird durch den Auslassventilbetätigungsmechanismus (nicht gezeigt) in der axialen Richtung angehoben. Der Auslassventilbetätigungsmechanismus kann ein variabler Ventilbetätigungsmechanismus sein, der in der Lage ist, zumindest eine Größe aus einem Betätigungswinkel, einem Phasenwinkel und einem maximalen Hub des Auslassventils 31 zu verändern, oder dieser kann ein Ventilbetätigungsmechanismus sein, der nicht in der Lage ist, diese zu verändern.
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Jede Zündkerze 41 ist an dem Zylinderkopf 3 angebracht, um bei der oberen Fläche einer Brennkammer 7 im Wesentlichen in der Mitte der Brennkammer 7 positioniert zu sein. Zu beachten ist, dass die Zündkerze 41 nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor 51 so gesteuert, dass sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 7 selbst entzündet.
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Jeder Kraftstoffinjektor 51 ist mit einem Spitzenteil 52 mit einer Mehrzahl von Düsenlöchem vorgesehen, die Kraftstoff einspritzen, und dieser ist in dem Zylinderkopf 3 so angeordnet, dass der Spitzenteil 52 in einer Brennkammer 7 freiliegend ist. Insbesondere ist der Spitzenteil 52 des Kraftstoffinjektors 51, das heißt, die Düsenlöcher des Kraftstoffinjektors 51, bei der vorliegenden Ausführungsform zwischen den beiden Einlassöffnungen 13 auf der Gegen-Auslassöffnungsseite von den Einlassöffnungen 13 angeordnet.
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3 ist eine Seitenansicht, die eine Spitzenfläche eines Spitzenteils 52 eines Kraftstoffinjektors 51 schematisch zeigt. Die Aufwärtsrichtung in 3 entspricht der Axialrichtung Z des Zylinders 6 und der Richtung ausgehend von dem Zylinderblock 2 hin zu dem Zylinderkopf 3 (zum besseren Verständnis wird diese Richtung nachstehend als „nach oben“ erläutert).
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Wie aus 3 zu entnehmen ist, ist der Spitzenteil 52 des Kraftstoffinjektors 51 mit sechs Düsenlöchern 53 vorgesehen. Bei dem dargestellten Beispiel ist ein erstes Düsenloch 53#1 an der obersten Position aus den mehreren Düsenlöchern vorgesehen, während ein sechstes Düsenloch 53#6 an der untersten Position aus den mehreren Düsenlöchern vorgesehen ist. Das zweite Düsenloch 53#2 und das dritte Düsenloch 53#3 sind in der Axialrichtung Z des Zylinders 6 zwischen dem ersten Düsenloch 53#1 und dem sechsten Düsenloch 53#6 vorgesehen. Das vierte Düsenloch 53#4 und das fünfte Düsenloch 53#5 sind in der Axialrichtung Z des Zylinders 6 zwischen den zweiten und dritten Düsenlöchern 53#2 und 53#3 und dem sechsten Düsenloch 53#6 vorgesehen.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 der Zustand eines Kraftstoffstrahls aus dem wie vorstehend konfigurierten Kraftstoffinjektor 51 erläutert.
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4 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Zylinderkopfes 3 entlang der Linie IV-IV von 2 betrachtet. In der Abbildung zeigt F den Einspritzbereich in diesem Querschnitt für den Fall, dass Kraftstoff von einem Kraftstoffinjektor 51 eingespritzt wird. F#1 in der Abbildung zeigt den Einspritzbereich des Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 in diesem Querschnitt. F#2 bis F#6 zeigen gleichermaßen die Einspritzbereiche des Kraftstoffstrahls aus dem zweiten Düsenloch 53#2 bis zum sechsten Düsenloch 53#6 in diesem Querschnitt.
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Ferner ist 5 eine Teil-Querschnittsansicht ähnlich zu 1 in dem Zustand, in dem Kraftstoff von einem Kraftstoffinjektor 51 eingespritzt wird. In der Abbildung zeigt F#1 den Einspritzbereich eines Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1, während F#4 und 5 jeweils den Einspritzbereich von Kraftstoffstrahlen aus dem vierten Düsenloch 53#4 und dem fünften Düsenloch 53#5 zeigen.
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Wie aus den 4 und 5 ersichtlich ist, spritzt das erste Düsenloch 53#1 Kraftstoff in einer Richtung mit dem kleinsten Winkel θ zu der Ebene S senkrecht zu der Axialrichtung Z des Zylinders 6 aus der Mehrzahl der Düsenlöcher 53 ein. Daher weist die Mittelachse AF#1 des Strahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 den kleinsten Winkel θ zu der Ebene S bei den Mittelachsen der Kraftstoffstrahlen aus den mehreren Düsenlöchern 53 auf. Ferner wird der Kraftstoffstrahl aus dem ersten Düsenloch 53#1 so gesprüht, dass dessen Mittelachse AF#1 zwischen zwei Einlassöffnungen 13 verläuft.
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Andererseits werden die Kraftstoffstrahlen aus dem zweiten Düsenloch 53#2 bis zum sechsten Düsenloch 53#6 so eingespritzt, dass die Winkel zu der Ebene S in der Reihenfolge der Kraftstoffstrahlen aus den zweiten und dritten Düsenlöchern 53#2 und 53#3, des Kraftstoffstrahls aus dem sechsten Düsenloch 53#6 und der Kraftstoffstrahlen aus den vierten und fünften Düsenlöchern 53#4 und 53#5 größer werden. Ferner wird auch der Kraftstoffstrahl aus dem sechsten Düsenloch 53#6 so eingespritzt, dass dessen Mittelachse zwischen zwei Einlassöffnungen 13 verläuft. Die Kraftstoffstrahlen aus den zweiten und dritten Düsenlöchern 53#2 und 53#3 werden so eingespritzt, dass geringe Winkel mit Bezug auf Richtungen hin zu den Auslassöffnungen 14 in entgegengesetzten Richtungen zueinander gegeben sind. Ferner werden die Kraftstoffstrahlen aus den vierten und fünften Düsenlöchern 53#4 und 53#5 so eingespritzt, dass relativ große Winkel mit Bezug auf Richtungen hin zu den Auslassöffnungen 14 in entgegengesetzten Richtungen zueinander gegeben sind.
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Zu beachten ist, dass bei den vorstehenden Ausführungsformen jeder Kraftstoffinjektor 51 sechs Düsenlöcher aufweist, die Anzahl der Düsenlöcher kann jedoch auch größer oder kleiner als sechs sein. Falls der Kraftstoffinjektor 51 beispielsweise drei Düsenlöcher aufweist, wie in 6 gezeigt, ist der Kraftstoffinjektor 51 mit dem ersten Düsenloch 53#1, dem zweiten Düsenloch 53#2 und dem dritten Düsenloch 53#3 vorgesehen.
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In diesem Fall wird, wie in 7 gezeigt ist, der Kraftstoffstrahl aus dem ersten Düsenloch 53#1 in einer Richtung mit dem kleinsten Winkel θ zu der Ebene S senkrecht zu der Axialrichtung Z des Zylinders 6 aus den mehreren Düsenlöchern 53 eingespritzt. Daher weist die Mittelachse AF#1 des Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 den kleinsten Winkel θ zu der Ebene S aus den Mittelachsen der Kraftstoffstrahlen der mehreren Düsenlöcher 53 auf. Zusätzlich verläuft die Mittelachse des Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 zwischen den beiden Einlassöffnungen 13.
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Darüber hinaus spritzt bei den vorstehenden Ausführungsformen nur eines aus der Mehrzahl von Düsenlöchern Kraftstoff in einer Richtung mit dem kleinsten Winkel θ zu der Ebene S ein. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl von Düsenlöchern geben, die Kraftstoff in einer Richtung des kleinsten Winkels θ zu der Ebene S einspritzen.
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Konfiguration von Maskierungsteilen
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der Zylinderkopf 3 der vorliegenden Ausführungsform mit Maskierungsteilen 60 vorgesehen, die auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 vorgesehen sind. Im Folgenden werden die Maskierungsteile 60 unter Bezugnahme auf die 1 und 2 und zusätzlich die 8 und 9 erläutert. Zu beachten ist, dass in 2 die Maskierungsteile 60 schraffiert sind. Diese Schraffierung soll die Maskierungsteile 60 leicht verständlich zeigen und zeigt keinen Querschnitt.
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8 ist eine perspektivische Teilansicht, welche die Bodenfläche eines Teils des Zylinderkopfs 3 zeigt. Ferner ist 9 eine Teil-Unteransicht ähnlich zu 2, welche die Bodenfläche des Zylinderkopfes 3 schematisch zeigt. Wie in den 1 und 8 gezeigt ist, sind die Maskierungsteile 60 so ausgebildet, dass diese von der oberen Fläche der Brennkammer 7 hin zu der Innenseite der Brennkammer 7 herausragen. Die Maskierungsteile 60 können integral mit dem Zylinderkopf 3 oder separat ausgebildet sein. Zu beachten ist, dass, falls die Maskierungsteile 60 integral mit dem Zylinderkopf 3 ausgebildet sind, die Maskierungsteile 60 so ausgebildet sind, dass zumindest Teile von deren Bodenflächen mit der Anlagefläche A des Zylinderkopfes 3 bündig werden.
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Wie aus 8 ersichtlich ist, weisen die Maskierungsteile 60 Wandoberflächen 61 auf, die sich entlang der Außenkanten bzw. Außenränder der Einlassöffnungen 13 und entlang der Außenränder der Einlasssitzteile 15 um die Einlassöffnungen 13 erstrecken. Die Wandoberflächen 61 der Maskierungsteile 60 sind so ausgebildet, dass die Freiräume bzw. Abstände zu den Randteilen der Einlassventile 21 konstant sind. In diesem Zusammenhang stehen die Randteile der Einlassventile 21 genauer für die Oberflächen der Randteile der Einlassventile 21, die beim Anheben der Einlassventile 21 passiert werden. Daher sind die Wandoberflächen 61 der Maskierungsteile 60 genauer so ausgebildet, dass die Freiräume von den Oberflächen der Randteile der in der Hubrichtung des Einlassventils 21 passierten Einlassventile 21 konstant sind.
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Ferner sind die Wandoberflächen 61 so ausgebildet, dass sich diese ganz oder teilweise in den Bereichen auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten zu den Mittelachsen D der Einlassöffnungen 13 in der Zylinderanordnungsrichtung erstrecken (Bereiche, die durch R in 9 gezeigt sind). Insbesondere sind die Wandoberflächen 61 vorzugsweise so ausgebildet, dass sich diese über zumindest Hälften der Bereiche in den durch R in 9 dargestellten Bereichen erstrecken. In dem in den 8 und 9 dargestellten Beispiel sind die Wandoberflächen 61 so ausgebildet, dass sich diese im Wesentlichen vollständig in den durch R in 9 dargestellten Bereichen erstrecken.
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Zusätzlich erstrecken sich die Wandoberflächen 61 ausgehend von der Nähe der Außenränder der Einlassöffnungen 13 in Richtung hin zu dem Inneren der Brennkammer 7, insbesondere in den Hubrichtungen der Einlassventile 21. Bei der vorliegenden Ausführungsform verändern sich die Höhen der Wandoberflächen 61 in den Umfangsrichtungen der Einlassöffnungen 13. Zu beachten ist, dass in der Beschreibung die „Höhen der Wandoberflächen 61“ für die Längen der Wandoberflächen 61 in den Hubrichtungen der Einlassventile 21 von Ebenen gleich den Außenflächen der Ventilköpfe 23, wenn sich die Einlassventile 21 schließen, stehen.
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In diesem Zusammenhang ist in jedem Bereich, der durch R in 9 gezeigt ist, in der Axialrichtung Z des Zylinders 6 betrachtet, der Bereich, der in dem Einspritzbereich F#1 des Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 positioniert ist, als der erste Bereich (erster Düsenlochausstoßbereich) R1 bezeichnet. Ferner ist in jedem Bereich, der durch R in 9 dargestellt ist, in der Axialrichtung Z des Zylinders 6 betrachtet, der Bereich, der außerhalb des Einspritzbereichs F#1 des Kraftstoffstrahls aus dem ersten Düsenloch 53#1 und in den Einspritzbereichen F der Kraftstoffstrahlen aus den Düsenlöchern 53#2 bis 53#6 abweichend von dem ersten Düsenloch 53#1 liegt, als der zweite Bereich (anderer Düsenlochausstoßbereich) R2 bezeichnet.
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Ferner ist in jedem durch R in 9 gezeigten Bereich der an den zweiten Bereich R2 angrenzende Bereich auf der entgegengesetzten Seite zu dem ersten Bereich R1 als der dritte Bereich R3 bezeichnet. Der dritte Bereich R3 umfasst den Bereich, der am weitesten von der Auslassöffnungsseite getrennt bzw. entfernt positioniert ist, das heißt, den Bereich, der in dem durch R in 9 gezeigten Bereich am weitesten auf der Gegen-Auslassöffnungsseite positioniert ist.
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Darüber hinaus ist in jedem durch R in 9 gezeigten Bereich der an den dritten Bereich R3 angrenzende Bereich auf der entgegengesetzten Seite zu dem zweiten Bereich R2 als der vierte Bereich R4 bezeichnet. Darüber hinaus ist in dem durch R in 9 gezeigten Bereich der an den vierten Bereich R4 angrenzende Bereich auf der entgegengesetzten Seite zu dem dritten Bereich R3 als der fünfte Bereich R5 bezeichnet. Der Endteil des fünften Bereichs R5 auf der entgegengesetzten Seite zu der Seite des vierten Bereichs R4 ist auf der Mittelachse D der Einlassöffnung 13 oder auf der Gegen-Auslassöffnungsseite zu der Mittelachse D positioniert.
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Unterteilt man jeden Bereich R, über den sich die Wandoberfläche 61 erstreckt, in den ersten Bereich R1 bis zum fünften Bereich R5, wie vorstehend erläutert, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h1 im ersten Bereich R1 niedriger ist als die Höhen h2 bis h5 in den anderen Bereichen (zweiter Bereich R2 bis fünfter Bereich R5). Daher ist die Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h1 im ersten Bereich R1 niedriger ist als die Höhe in dem Bereich, der am weitesten von der Auslassöffnungsseite in dem dritten Bereich R3 getrennt positioniert ist. Die Höhe h1 im ersten Bereich R1 kann auch null sein.
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Zusätzlich ist bei der vorliegenden Ausführungsform jede Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h2 im zweiten Bereich R2 und die Höhe h3 im dritten Bereich R3 bestimmten gleichen Höhen entsprechen. Die Höhen h2 und h3 sind gleich der Höhe ha, wenn sich die Wandoberfläche 61 so erstreckt, dass der Randteil der Wandoberfläche 61 in der Hubrichtung des Einlassventils 21 (nachfolgend als der „hubrichtungsseitige Randteil“ bezeichnet) in dem am weitesten von der Auslassöffnungsseite getrennten Bereich auf der Anlagefläche A des Zylinderkopfes 3 positioniert ist (nachfolgend als die „minimale Anlagehöhe“ bezeichnet). Daher ist die Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h2 im zweiten Bereich R2 gleich der Höhe ha in dem Bereich ist, der am weitesten von der Auslassöffnungsseite entfernt positioniert ist (minimale Anlagehöhe).
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In diesem Zusammenhang ist, wie vorstehend erläutert, die obere Fläche jeder Brennkammer 7 aufgrund der einlassseitigen geneigten Oberfläche 17 geneigt. Die einlassseitige geneigte Oberfläche 17 ist so ausgebildet, dass die Höhe von der Anlagefläche A ausgehend von dem Randteil der Einlassöffnungsseite (Gegen-Auslassöffnungsseite) hin zu der Mittelebene C höher wird. Daher ist in dem zweiten Bereich R2 und dem dritten Bereich R3 abweichend von dem am weitesten von der Auslassöffnungsseite getrennten bzw. entfernten Bereich der Randteil der Wandoberfläche 61 in der Hubrichtungsseite nicht auf der Anlagefläche A des Zylinderkopfes 3 positioniert.
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Darüber hinaus ist bei der vorliegenden Ausführungsform jede Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h5 in dem fünften Bereich R5 höher ist als die Höhen h1 bis h4 in den anderen Bereichen (erster Bereich R1 bis zum vierten Bereich R4). Insbesondere entspricht die Höhe h5 des fünften Bereichs R5 einer Höhe, wodurch sich die Wandoberfläche 61 in der Hubrichtung des Einlassventils 21 bis zu der Anlagefläche A des Zylinderkopfes 3 erstreckt. In diesem Zusammenhang ist, wie vorstehend erläutert ist, die obere Fläche der Brennkammer 7 aufgrund der einlassseitigen geneigten Oberfläche 17 geneigt, und somit ist in dem fünften Bereich R5 die Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe in Richtung hin zu der Mittelebene C höher wird.
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Ferner ist in dem vierten Bereich R4 die Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhe h4 ausgehend von der relativ niedrigen Höhe h3 in dem dritten Bereich R3 in Richtung hin zu der relativ hohen Höhe h5 in dem fünften Bereich R5 in der Umfangsrichtung allmählich höher wird.
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Wirkung und Effekt
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Anschließend werden unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 die Wirkung und der Effekt der Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. 10 ist eine schematische Ansicht der Strömung des in einer Brennkammer 7 erzeugten Einlass- bzw. Ansauggases in dem Fall, in welchem die Einlassventile 21 geöffnet sind. 11 ist eine perspektivische Teilansicht ähnlich zu 8, welche die Bodenfläche eines Teils des Zylinderkopfs in dem Fall zeigt, wenn andere Maskierungsteile als bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind. 12 ist eine Teil-Unteransicht ähnlich zu 2, welche die Bodenfläche des Zylinderkopfes in dem Fall schematisch zeigt, wenn andere Maskierungsteile als diese bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind.
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Wie unter Bezugnahme auf 5 erläutert ist, spritzt jedes erste Düsenloch 53#1 aus der Mehrzahl von Düsenlöchern 53 Kraftstoff in Richtung des kleinsten Winkels θ zu der Ebene S ein. Andererseits ist die Wandoberfläche 61 jedes Maskierungsteils 60 so ausgebildet, dass die Höhe h1 im ersten Bereich R1 am niedrigsten ist. Daher ist es schwieriger, dass der Kraftstoffstrahl aus jedem ersten Düsenloch 53#1 mit dem Maskierungsteil 60 interferiert, und somit ist es schwieriger, dass sich der aus dem ersten Düsenloch 53#1 eingespritzte Kraftstoff auf dem Maskierungsteil 60 ablagert.
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Falls sich Kraftstoff, der aus den Düsenlöchern 53 eingespritzt wird, auf den Maskierungsteilen 60 ablagert, nimmt Kraftstoff, der nicht zur Verbrennung beiträgt, zu und entsprechend verschlechtert sich die Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Ferner werden, falls sich Kraftstoff, der von dem Düsenloch 53 eingespritzt wird, auf den Maskierungsteilen 60 ablagert, Partikel aus der Kraftstoffablagerung während der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer 7 erzeugt und der Mischungszustand von Luft und Kraftstoff verschlechtert, wodurch sich die Abgasemission verschlechtert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Abgasemission zu unterdrücken, da der aus jedem ersten Düsenloch 53#1 eingespritzte Kraftstoff schwerer auf den Maskierungsteilen 60 haftet.
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In diesem Zusammenhang strömt bei geöffneten Einlassventilen 21 Ansauggas durch die Bereiche auf den Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 und die Bereiche auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7. Wie in 10 gezeigt ist, erzeugt das durch die Bereiche auf den Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7 strömende Ansauggas eine normale Tumble-Strömung Tn in der Brennkammer 7. Andererseits erzeugt das durch die Bereiche auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7 strömende Ansauggas eine Rückwärts-Tumble-Strömung Tr in der Brennkammer 7. Falls das durch die Bereiche auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7 strömende Ansauggas größer ist, ist die Rückwärts-Tumble-Strömung Tr stärker und die normale Tumble-Strömung Tn wird verhindert. Folglich ist der Tumble-Anteil der in der Brennkammer 7 erzeugten normalen Tumble-Strömung kleiner.
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Im Gegensatz dazu wird bei Bereitstellung der Maskierungsteile 60 die Strömung des durch die Bereiche auf den Gegen-Auslassöffnungsseiten der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7 strömenden Ansauggases verhindert. Folglich ist es möglich, die in der Brennkammer 7 erzeugte Rückwärts-Tumble-Strömung Tr zu schwächen und entsprechend die in der Brennkammer 7 erzeugte normale Tumble-Strömung zu stärken. Insbesondere kann die Rückwärts-Tumble-Strömung Tr umso schwächer gemacht werden, je höher die Höhe der Wandoberflächen 61 der Maskierungsteile 60 gestaltet ist.
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Andererseits ist bei der vorliegenden Ausführungsform jede Wandoberfläche 61 so ausgebildet, dass die Höhen h2 bis h5 in den anderen Bereichen als dem ersten Bereich R1 (zweiter Bereich R2 bis fünfter Bereich R5) höher ist als die Höhe h1 im ersten Bereich R1. Daher ist die Wandoberfläche 61 in den von dem ersten Bereich R1 abweichenden Bereichen so ausgebildet, dass diese eine bestimmte Höhe aufweist. Entsprechend kann die in der Brennkammer 7 erzeugte Rückwärts-Tumble-Strömung Tr schwächer sein.
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Beispielsweise ist bei dem in den 11 und 12 gezeigten Beispiel auch bei Teilen des zweiten Bereichs R2 und des dritten Bereichs R3 die Höhe der Wandoberfläche 61' im gleichen Maße geringer als die Höhe der Wandoberfläche 61' im ersten Bereich R1. In einem solchen Fall strömt ein Teil des durch die Bereiche auf der Gegen-Auslassöffnungsseite der Einlassöffnungen 13 in die Brennkammer 7 strömenden Ansauggases ein, ohne an den Maskierungsteilen 60' behindert zu werden. Im Gegensatz dazu ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Wandoberfläche 61' in den von dem ersten Bereich R1 abweichenden Bereichen so ausgebildet, dass diese ein bestimmtes Ausmaß einer Höhe aufweist, und dadurch ist es möglich, die in der Brennkammer 7 erzeugte Rückwärts-Tumble-Strömung Tr im Vergleich zu dem in den 11 und 12 dargestellten Beispiel stärker zu schwächen.
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Ferner entspricht bei der vorliegenden Ausführungsform in jedem zweiten Bereich R2 die Höhe der Wandoberfläche 61 der minimalen Anlagehöhe. Daher erstreckt sich im zweiten Bereich R2 die Wandoberfläche 61 nicht bis zu der Anlagefläche A zum Zylinderkopf 3, und entsprechend ist die Höhe relativ gering. Folglich ist auch der Kraftstoffstrahl aus dem von dem ersten Düsenloch 53#1 abweichenden Düsenloch 53 gegen Interferenzen mit den Maskierungsteilen 60 beständig und dementsprechend ist es für den eingespritzten Kraftstoff aus von dem ersten Düsenloch 53#1 abweichenden Düsenloch 53 auch schwieriger, sich an den Maskierungsteilen 60 abzulagern. Folglich können eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Abgasemissionen verhindert werden.
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Modifikationen
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Zu beachten ist, dass bei den vorstehenden Ausführungsformen in jedem zweiten Bereich R2 die Höhe der Wandoberfläche 61 der minimalen Anlagehöhe ha entspricht. Die Wandoberfläche 61 kann jedoch auch so ausgebildet sein, dass die Höhe im zweiten Bereich R2 höher ist als die minimale Anlagehöhe ha. Auch in diesem Fall entspricht die Höhe der Wandoberfläche 61 in dem am weitesten von der Auslassöffnungsseite entfernten Bereich bei dem dritten Bereich R3 der minimalen Anlagehöhe ha.
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Darüber hinaus entspricht bei den vorstehenden Ausführungsformen die Höhe h5 des fünften Bereichs R5 einer Höhe, bei der sich die Wandoberfläche 61 bis zur Anlagefläche A des Zylinderkopfes 3 in der Hubrichtung des Einlassventils 21 erstreckt. Die Höhe h5 des fünften Bereichs R5 kann jedoch auch niedriger als diese Höhe sein. Allerdings ist auch in einem solchen Fall die Höhe h5 des fünften Bereichs R5 größer oder gleich als eine minimale Anlagefläche ha.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010185457 A [0002, 0005]
