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EINLEITUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangen-Ventiltrieb Verbrennungssysteme mit direkter Kraftstoffeinspritzung, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden.
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Typische Verbrennungsmotoren des oben genannten Typs haben aufgrund des Platzbedarfs von der Schubstange und Kipphebeln begrenzten Platz für Zündkerze und Kraftstoffeinspritzer. Folglich sind die Zündkerze und Kraftstoffeinspritzer bei herkömmlichen Konstruktionen auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene des Zylinders und in signifikanten Winkeln relativ zur Mittelachse des Zylinders angeordnet. Ein Beispiel dafür ist in 1 dargestellt, das eine Zylinderoberseite zeigt, in dem Einlass- und Auslassventile auf einer vertikalen (x-z) Ebene zentriert sind, die sich mit der Kurbelwellenachse (nicht dargestellt) schneidet und so ein konventionelles Ventillayout bildet, das in einer Linie mit der Kurbelwelle liegt. Eine Zündkerze und ein Kraftstoffeinspritzer sind auf gegenüberliegenden Seiten dieser vertikalen Ebene bei großen Winkeln gegenüber relativ zur Ebene montiert. Diese Anordnung kann die Fähigkeit zur Erzielung einer optimalen Verbrennungsdynamik einschränken, da sie die Zündkerze weiter vom Einspritzer entfernt platziert als dies gewünscht ist und erfordert, dass diese Komponenten innerhalb der Brennkammer horizontaler ausgerichtet sind als dies gewünscht ist.
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BESCHREIBUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungssystemanordnung für einen Verbrennungsmotor angegeben. Die Verbrennungssystemanordnung beinhaltet eine Zweiventil-Schubstangenanordnung und eine Zylinderoberseite, die einen Abschnitt eines Zylinderkopfes bildet. Die Zylinderoberseite ist konfiguriert, um die Oberseite eines Motorzylinders in einem Motorblock zu schließen, um dadurch zumindest teilweise eine Brennkammer zwischen der Zylinderoberseite und dem Motorzylinder zu definieren. Die Zylinderoberseite beinhaltet eine einzige Einlassöffnung, eine einzige Auslassöffnung, eine Zündkerzenbohrung und eine Kraftstoffeinspritzbohrung. Die Zweiventil- Schub stangenanordnung beinhaltet:
- - erste und zweite Schubstangen, die jeweils einen Heber aufweisen, der konfiguriert ist, um von Nocken auf einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors angetrieben zu werden;
- - erste und zweite Kipphebel, die über der Zylinderoberseite montiert sind und die jeweils von der ersten bzw. zweiten Schubstange angetrieben werden;
- - ein Einlassventil, das in der Einlassöffnung positioniert ist und einen Ventilschaft aufweist, der von dem ersten Kipphebel angetrieben wird; und
- - ein Auslassventil, das in der Auslassöffnung positioniert ist und einen Ventilschaft aufweist, der von dem zweiten Kipphebel angetrieben wird.
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Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sind benachbart zueinander angeordnet und sind entlang einer Achse positioniert, die einen Mittelpunkt jeder der Öffnungen schneidet. Die Zündkerzenbohrung und die Kraftstoffeinspritzbohrung befinden sich beide in der Zylinderoberseite auf einer gleichen Seite der Achse, die die Mittelpunkte der Einlass- und Auslassöffnungen schneidet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verbrennungssystem ferner eines der folgenden Merkmale oder jede technisch mögliche Kombination einiger oder aller dieser Merkmale beinhalten:
- - die Zylinderoberseite hat einen kreisförmigen Umfang, der innerhalb einer Ebene liegt, die senkrecht zu einer Referenzachse ausgerichtet ist, und die Kraftstoffeinspritzbohrung hat eine zentrale Bohrungsachse, die bei einem Winkel zwischen einschließlich 10 und 20 Grad bezogen auf die Referenzachse liegt.
- - die Zündkerzenbohrung hat eine zentrale Bohrungsachse, die in einem Winkel zwischen einschließlich 15 und 25 Grad bezogen auf die zentrale Bohrungsachse der Kraftstoffeinspritzbohrung liegt.
- - die Zündkerzenbohrung und die Kraftstoffeinspritzbohrung sind jeweils um erste bzw. zweite Abstände von einem Mittelpunkt der Zylinderoberseite entfernt, und wobei der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand ist und optional die Zündkerzenbohrung und die Kraftstoffeinspritzbohrung jeweils einen Radius aufweisen, wobei die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Abstand größer ist als die Summe der Radien der Zündkerzen- und Kraftstoffeinspritzbohrungen.
- - die Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungssystemanordnung umfasst eine Vielzahl der Zylinderoberseiten und eine entsprechende Vielzahl der Schubstangenanordnungen, wobei die Vielzahl der Zylinderoberseiten und Schubstangenanordnungen einer entsprechenden Vielzahl von Motorzylindern im Motorblock zugeordnet sind, und wobei:
- - jede der Zylinderoberseiten einen kreisförmigen Umfang hat, der senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet ist, die sich durch jede Zylinderoberseite erstreckt und die eine Mittelachse von jedem der Motorzylinder beinhaltet, wenn der Zylinderkopf am Motorblock montiert ist; und
- - die Achse, die die Mittelpunkte der Einlass- und Auslassöffnungen von jeder Zylinderoberseite schneidet, in einem Winkel ungleich Null relativ zu der gemeinsamen Ebene liegt; optional liegt dieser Winkel ungleich Null zwischen einschließlich 25 und 45 Grad.
- - wenn die Vielzahl von Zylinderoberseiten und Schubstangenbaugruppen verwendet werden, kann das Verbrennungssystem ferner einen Einlasskrümmer und einen Abgaskrümmer umfassen, wobei sich der Einlasskrümmer von den Einlassöffnungen der Zylinderoberseiten in einer ersten Richtung weg von einer ersten Seite der gemeinsamen Ebene erstreckt und sich der Abgaskrümmer von den Auslassöffnungen der Zylinderoberseiten in einer zweiten Richtung weg von einer zweiten Seite der gemeinsamen Ebene erstreckt, und wobei die Kraftstoffeinspritzbohrung auf der zweiten Seite der gemeinsamen Ebene angeordnet ist. Die Schubstangen können sich auf der ersten Seite der gemeinsamen Ebene befinden und die Zündkerzenbohrung kann sich auf der zweiten Seite der gemeinsamen Ebene befinden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine direkte Kraftstoffeinspritzung, ein Zweiventil-(pro-Zylinder)-Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungsmotor vorgesehen, der einen Motorblock mit einer Vielzahl von Zylindern und einen Zylinderkopf mit einer Vielzahl von Zylinderköpfen beinhaltet, die jeweils mit einem anderen der Motorzylinder ausgerichtet sind, ein Schubstangen-Ventiltriebssystem, eine Vielzahl von Zündkerzen, eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzern, eine Kurbelwelle beinhaltet, die innerhalb des Motorblocks montiert ist und eine Kurbelwellenachse aufweist, um die sich die Kurbelwelle dreht, eine Vielzahl von Kolben beinhaltet, die jeweils in einem unterschiedlichen der Motorzylinder angeordnet und über eine Kolbenstange mit der Kurbelwelle verbunden sind. Jeder Motorzylinder und die zugehörige Zylinderoberseite definieren zusammen zumindest teilweise eine Brennkammer des Verbrennungsmotors. Jede der Zylinderoberseiten beinhaltet eine einzige Einlassöffnung, eine einzige Auslassöffnung, eine Zündkerzenbohrung und eine Kraftstoffeinspritzbohrung. Jede der Zündkerzen hat eine Mittelachse und ist in einer anderen der Zündkerzenbohrungen montiert, um bei Verwendung Funkenenergie in der zugehörigen Brennkammer bereitzustellen. Jeder der Brennstoffeinspritzer hat eine Mittelachse und ist in einer anderen der Einspritzbohrungen montiert, um bei Verwendung einen Kraftstoffstrahl in der zugehörigen Brennkammer zu bereitzustellen. Das Schubstangen-Ventiltriebsystem beinhaltet eine Nockenwelle und eine Vielzahl von Zwei-Ventil-Schubstangenanordnungen, die jeweils zumindest teilweise innerhalb des Zylinderkopfes angrenzend an eine andere der Brennkammern angeordnet sind. Die Nockenwelle ist neben den Motorzylindern montiert. Jede der Zwei-Ventil-Schubstangenanordnungen beinhaltet:
- - erste und zweite Schubstangen, die jeweils einen Heber aufweisen, der konfiguriert ist, um von Nocken auf der Nockenwelle angetrieben zu werden;
- - erste und zweite Kipphebel, die über der Zylinderoberseite montiert sind und die jeweils von der ersten bzw. zweiten Schubstange angetrieben werden;
- - ein Einlassventil, das in der Einlassöffnung positioniert ist und einen Ventilschaft aufweist, der von dem ersten Kipphebel angetrieben wird; und
- - ein Auslassventil, das in der Auslassöffnung positioniert ist und einen Ventilschaft aufweist, der von dem zweiten Kipphebel angetrieben wird.
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Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung jeder Zylinderoberseite sind nebeneinander angeordnet und befinden sich entlang einer Achse, die einen Mittelpunkt jeder der Öffnungen schneidet. Die Zündkerzenbohrung und die Kraftstoffeinspritzbohrung jeder Zylinderoberseite befinden sich beide in der Zylinderoberseite auf der gleichen Seite der Achse, die die Mittelpunkte der Ein- und Auslassöffnungen schneidet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor des vorstehenden Absatzes ferner eines der folgenden Merkmale oder jede technisch durchführbare Kombination einiger oder aller dieser Merkmale beinhalten:
- - jede Zylinderoberseite hat einen kreisförmigen Umfang, der innerhalb einer Ebene liegt, die senkrecht zu einer Referenzachse ausgerichtet ist, und die Kraftstoffeinspritzventil-Mittelachse liegt in einem Winkel von einschließlich 10 bis 20 Grad relativ zu der Referenzachse.
- - die Zündkerzenmittelachse liegt einem Winkel zwischen einschließlich 15 und 25 Grad relativ zur Kraftstoffeinspritzventil-Mittelachse.
- - die Zündkerzenbohrung und die Kraftstoffeinspritzbohrung befinden sich jeweils in ersten bzw. zweiten Abständen von einem Mittelpunkt der Zylinderoberseite, und wobei der erste Abstand kleiner als der zweite Abstand ist und optional die Zündkerzenbohrung und Kraftstoffeinspritzbohrung jeweils einen Radius aufweisen, wobei die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Abstand größer ist als die Summe der Radien der Zündkerzen- und Kraftstoffeinspritzbohrungen.
- - jeder der Motorzylinder hat eine Mittelachse, wobei alle Mittelachsen der Motorzylinder in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei die Kurbelwellenachse parallel zu oder innerhalb der gemeinsamen Ebene liegt und die Achse, die die Mittelpunkte der Einlass- und Auslassöffnungen jeder Zylinderoberseite schneidet, liegt in einem Winkel ungleich Null relativ zu der gemeinsamen Ebene; optional liegt dieser Winkel ungleich Null zwischen einschließlich 25 und 45 Grad.
- - der Motor weist ferner einen Einlasskrümmer und einen Abgaskrümmer auf, wobei sich der Einlasskrümmer von den Einlassöffnungen der Zylinderoberseiten in einer ersten Richtung weg von einer ersten Seite einer gemeinsamen Ebene erstreckt, die eine Mittelachse jedes der Zylinder beinhaltet, und der Abgaskrümmer erstreckt sich von den Abgasöffnungen der Zylinderoberseiten in einer zweiten Richtung weg von einer zweiten Seite der gemeinsamen Ebene, und wobei sich der Kraftstoffeinspritzer auf der zweiten Seite der gemeinsamen Ebene befindet. Die Schubstangen können sich auf der ersten Seite der gemeinsamen Ebene und die Zündkerzenbohrung auf der zweiten Seite der gemeinsamen Ebene befinden.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Zylinderoberseite des Standes der Technik, die in einem Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungsmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung verwendet wird und eine konventionelle Positionierung der Ventile, der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzers zeigt;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungsmotors mit direkter Kraftstoffeinspritzung ist, der eine Vierzylinder-Reihenkonfiguration aufweist, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist;
- 3 eine Endansicht einer Zweiventil-Schubstangen-Ventiltrieb-VerbrennungssystemAnordnung ist, wie sie für jeden der Zylinder des Motors von 2 verwendet werden kann;
- eine Draufsicht der Zylinderoberseite und zugehöriger Komponenten ist, wie in 3 dargestellt;
- eine Teilansicht der Zylinderoberseite von 4 ist, die Einlass- und Auslassöffnungen zeigt und die die relative Positionierung der Zündkerzen- und Kraftstoffeinspritzbohrungen relativ zu einem Mittelpunkt der Zylinderoberseite zeigt;
- eine perspektivische Ansicht der Zylinderoberseite von 4 ist;
- 6 eine Seitenansicht der Zylinderoberseite von 4 ist, die einen Bereich von Winkeln zeigt, in denen der Kraftstoffeinspritzer in Bezug auf die Vertikale ausgerichtet sein kann; und
- die gleiche Seitenansicht von 6 ist, die einen Bereich von Winkeln zeigt, in denen die Zündkerze in Bezug auf den Kraftstoffeinspritzer ausgerichtet sein kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist eine Ausführungsform eines Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungsmotors mit direkter Kraftstoffeinspritzung mit einem einzigartigen Zylinderkopfdesign, das eine nahezu vertikale Ausrichtung der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzers an einer zentraleren Position des Zylinders auf einer einzelnen (Abgas-)Seite der Ventile ermöglicht. Diese Konfiguration ermöglicht eine neue Flexibilität bei der Auslegung von Verbrennungssystemen, die potenziell zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und Antriebsqualität führt, indem die Luft-Kraftstoff-Mischung verbessert wird, die aus der vertikaleren Ausrichtung des Einspritzers und/oder der Zündkerze resultiert und durch die enge Positionierung der Zündkerze zur Kraftstoffeinspritzdüse. Wie von den Fachleuten verstanden wird, können diese Eigenschaften des offenbarten Designs eine späte Kraftstoffeinspritzung während des Verbrennungszyklus ermöglichen, wodurch ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis aufgrund der höheren Verbrennungsgeschwindigkeit sowie ein verbessertes Klopfverhalten und eine verbesserte Verbrennungsstabilität durch erhöhte Turbulenzen durch die späte Kraftstoffeinspritzung ermöglicht werden.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungsmotor 10 mit direkter Kraftstoffeinspritzung mit einem Motorblock 11 und einem Zylinderkopf 12 dargestellt, der mit dem Motorblock zusammenpasst. Der Motor 10 ist als Reihen-Vierzylindermotor dargestellt, wobei mehr oder weniger Zylinder und andere Zylindertopologien verwendet werden können. Der Motorblock 11 beinhaltet eine Kurbelwelle 14, die im Motorblock zur Drehung um eine Kurbelwellenachse 15 montiert ist. Der Motorblock 11 weist vier Zylinder 16 mit jeweils einem Kolben 17 auf, der über eine Kolbenstange 18 mit der Kurbelwelle verbunden ist. Für jeden Zylinder 16 gibt es eine Zündkerze 70 und einen Kraftstoffeinspritzer 80 (siehe 3-7), der die Erzeugung von Verbrennungsenergie im Zylinder 16 ermöglicht.
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Der Motor 10 beinhaltet ferner eine Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungssystemanordnung 20, die für jeden der Zylinder 16 eine Zylinderoberseite 30 beinhaltet, die einen Abschnitt des Zylinderkopfes 12 bildet; das heißt, jede Zylinderoberseite 30 ist als gegossener, bearbeiteter und/oder anderer integraler oder einheitlicher Teil des Zylinderkopfes 12 ausgebildet. Jede Zylinderoberseite 30 ist mit einem anderen der Zylinder 16 ausgerichtet, um zumindest teilweise eine Brennkammer 19 zwischen dem Zylinder 16 und der Zylinderoberseite 30 zu definieren. Die Zylinderoberseiten beinhalten eine einzigartige Konfiguration von Ventilen und anderen Komponenten des Verbrennungssystems, die im Folgenden näher beschrieben werden. Abgesehen von den Zylinderoberseiten 30 beinhaltet die Verbrennungssystemanordnung 20 weiterhin ein Schubstangen-Ventiltrieb-System 40, das eine Nockenwelle 41 und eine separate Zweiventil-Schubstangenanordnung 50 für jeden der Zylinder 16 beinhaltet.
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Die Nockenwelle 41 ist im Motorblock neben den Zylindern 16 montiert und, wie dargestellt, drehbar entlang einer Nockenwellenachse montiert, die parallel zur Kurbelwellenachse 15 verläuft. Die Nockenwelle 41 beinhaltet Nocken (oder Nockenerhebungen) 42 mit einem Profil und einer Ausrichtung auf der Nockenwelle, die so gewählt sind, dass sie das Öffnen und Schließen von Ventilen an den Zylinderoberseiten 30, wie bekannt, bewirken. Die Nockenwelle 41 kann über eine Steuerkette 43 angetrieben werden, die von einem Kettenrad 44 auf der Kurbelwelle 14 zu einem Kettenrad 45 auf der Nockenwelle 41 verläuft.
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Unter Bezugnahme nun auch auf 3 wird eine der Zweiventil-Schubstangenanordnungen 50 beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, dass die anderen Schubstangenanordnungen 50 ähnlich oder identisch aufgebaut sein können. Im Allgemeinen beinhaltet jede Schubstangenanordnung 50 ein Paar Heber 51, 52, ein Paar Schubstangen 53, 54, ein Paar Kipphebel 55, 56, ein Paar Ventile 57, 58 mit entsprechenden Ventilschaften 59, 60 und ein Paar Ventilfedern 61, 62 (dargestellt in 2). Die allgemeine Funktionsweise der Schubstangenanordnung 50 kann konventionell sein, wobei die Schubstangen 53, 54 jeweils einen entsprechenden Heber 51, 52 beinhalten, die jeweils konfiguriert sind, um von einer der Nocken 42 der Nockenwelle 41 angetrieben zu werden. Die Schubstangen 53, 54 erstrecken sich von den Hebern an einer Stelle angrenzend an und neben ihrem zugehörigen Zylinder 16 zu einer Stelle oberhalb der Zylinderoberseite 30, wo sie auf ihre jeweiligen Kipphebel 55, 56 wirken. Die Kipphebel sind oberhalb der Zylinderoberseite 30 entweder auf einer einzelnen Kipphebelwelle (wie in 2 angegeben) oder separat zur Drehung montiert, wie in 3 angegeben. Die Ventilschafte 59, 60 werden von den jeweiligen Kipphebeln 55, 56 angetrieben, um dadurch ihre jeweiligen Ventile 57, 58 innerhalb der Zylinderoberseite 30 zu öffnen und zu schließen. Die Federn 61, 62 sind so montiert, dass sie eine Rückstellkraft bereitstellen, die die Ventile geschlossen vorspannt und über die Kipphebel 55, 56 und Schubstangen 53, 54 die Heber 51, 52 gegen ihre jeweiligen Nocken 42 vorspannt. Wie von den Fachleuten verstanden wird, kann die Schubstangenanordnung 50 andere Komponenten beinhalten oder auf andere Arten implementiert werden.
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Bevor die Zylinderoberseite 30 im Detail beschrieben wird, ist aus den 2 und 3 zu erkennen, dass die Zylinder 16 jeweils eine Mittelachse 23 aufweisen, die zusammen eine vertikal ausgerichtete (x-z) gemeinsame Ebene 24 bilden, die die Länge des Motors 10 verlängert. Darüber hinaus schneidet diese gemeinsame Ebene 24, wie dargestellt, die Kurbelwellenachse 15, obwohl in anderen Ausführungsformen die Kurbelwellenachse 15 von dieser beabstandet sein kann, jedoch parallel zu dieser gemeinsamen Ebene, oder sie kann schräg zu dieser Ebene sein. Die gemeinsame Ebene 24 teilt jeden Zylinder in imaginäre Hälften, und entlang dieser x-z-Ebene wird ein typischer Zweiventil-pro-Zylinder-Schubstangenmotor des Standes der Technik seine Einlass- und Auslassventile zentriert haben, wie in der Standder. Technik-Konfiguration von 1 dargestellt. Wie in den 3 und 4 dargestellt, sind die Ventile 57, 58 in der dargestellten Ausführungsform jedoch nicht auf dieser gemeinsamen Ebene 24 zentriert, sondern sind in Bezug auf diese Ebene gedreht, wodurch die Zylinderoberseite 30 eine Zündkerze und einen Kraftstoffeinspritzer beinhalten kann, die unmittelbar nebeneinander in einer nahezu vertikalen Ausrichtung zu einer Seite der Ebene 24 angeordnet sind.
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Genauer gesagt, wird mit Bezug auf 4 eine Draufsicht der Zylinderoberseite 30 dargestellt, die die gemeinsame Ebene 24 zeigt, die die Mittelachsen 23 der Zylinder 16 und die Kurbelwellenachse 15 enthält. Wie darin angegeben, sind die Ventile um einen Mittelpunkt 31 der Zylinderoberseite 30 in Bezug auf die gemeinsame Ebene 24 gedreht. Dieser Mittelpunkt 31 der Zylinderoberseite 30 stimmt mit der Mittelachse 23 des Zylinders überein, da der Zylinder 16 und die Zylinderoberseite 30 aufeinander ausgerichtet sind. Somit ist die Mittelachse 23 des Zylinders 16 gleichzeitig die Mittelachse 31 der Zylinderoberseite 30, die sich innerhalb der gemeinsamen Ebene 24 befindet.
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Wie in 4 dargestellt, gibt es eine Achse 32, die auf den beiden Ventilen 57, 58 zentriert ist. Insbesondere beinhaltet die Zylinderoberseite 30 zwei Öffnungen 33, 34, eine Zündkerzenbohrung 35 und eine Kraftstoffeinspritzbohrung 36. Die Öffnungen 33 und 34 beinhalten eine einzige Einlassöffnung 33, in der das (Einlass-)Ventil 57 positioniert ist, und eine einzige Auslassöffnung 34, in der das (Auslass-)Ventil 58 positioniert ist. Da der Zylinder auf eine einzige Einlassöffnung (und Ventil) und eine einzige Auslassöffnung (und Ventil) beschränkt ist, ist der Motor 10 somit ein Zweiventilmotor. Die Öffnungen haben jeweils einen Mittelpunkt 37, 38, die die Schnittachse 32 definieren. In der veranschaulichten Ausführungsform steht diese Achse in einem Winkel von 25 Grad relativ zur gemeinsamen Ebene 24. In mindestens einigen Ausführungsformen kann dieser Winkel ein beliebiger Winkel im Bereich von einschließlich 25 bis 45 Grad bezogen auf die gemeinsame Ebene 24 sein, die die Mittelachsen 23 der Zylinder 16 schneidet und die parallel zur Kurbelwellenachse 15 liegt oder sich erstreckt.
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In der veranschaulichten Ausführungsform schneidet die Schnittachse 32, die durch die Ventilmittelpunkte 37, 38 definiert ist, auch die Mittelachse 23 und den Mittelpunkt 31 der Zylinderoberseite 30. In anderen Ausführungsformen können die Ventile sowohl um einen Winkel gegenüber der gemeinsamen Ebene gedreht als auch seitlich gegenüber der Mittelachse 23/Mittelpunkt 31 verschoben sein.
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Abgesehen von der Drehung der Ventile gegenüber der gemeinsamen Ebene 24 sind die Zündkerzenbohrung 35 und die Kraftstoffeinspritzbohrung 36 beide in einer nahezu vertikalen Ausrichtung angewinkelt und befinden sich auf der gleichen Seite der sich Schnittachse 32 (bei Betrachtung wie in 4 aus einem Blickwinkel über den Zylindern 16) sowie auf der gleichen Seite der gemeinsamen Ebene 24. Diese Positionierung ist in den 4 und 5 dargestellt und kann eine verbesserte Verbrennungsdynamik ermöglichen, die zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und Verbrennungsstabilität führt. Insbesondere die vertikale Ausrichtung und die enge Nähe der Zündkerze zum Kraftstoffeinspritzer ermöglichen eine späte Kraftstoffeinspritzung und erhöhte Verdichtungsverhältnisse in den Zylindern.
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Der Zylinderkopf 12 beinhaltet einen Lufteinlasskrümmer 90 und einen Abgaskrümmer 91, von denen Teile in den 4 und 5 dargestellt sind. Der Einlasskrümmer 90 erstreckt sich von der Einlassöffnung 33 in eine erste Richtung weg von einer ersten Seite der gemeinsamen Ebene 24 (nach links in 4 und nach hinten rechts in 5) und der Abgaskrümmer 91 erstreckt sich von der Auslassöffnung 34 in eine zweite Richtung weg von einer zweiten Seite der gemeinsamen Ebene 24 (nach rechts in 4 und vorne nach links in 5). Ebenso erstrecken sich die Öffnungen von der jeweiligen ersten und zweiten Seite der Schnittachse 32 weg. Wie insbesondere in den 3 und 4 angedeutet, befinden sich die Zündkerzenbohrung 35 und die Zündkerze 70 sowie die Einspritzbohrung 36 und der Einspritzer 80 alle auf der zweiten (Abgas-)Seite der Schnittachse 32 und der gemeinsamen Ebene 24. Die Schubstangen 53, 54 befinden sich auf der ersten Seite der gemeinsamen Ebene zusammen mit dem Einlasskrümmer 80, der aus der Zylinderoberseite 30 an einer Stelle zwischen den Schubstangen 53, 54 austritt.
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4A stellt schematisch den kreisförmigen Außenumfang 39 der Zylinderoberseite 30 sowie die Einlassöffnung 33, die Auslassöffnung 34, die Zündkerzenbohrung 35 und die Kraftstoffeinspritzbohrung 36 dar. Wie dargestellt, befindet sich die Zündkerzenbohrung 35 in einem ersten Abstand vom Mittelpunkt 31 der Zylinderoberseite 30, während die Kraftstoffeinspritzbohrung 36 in einem zweiten Abstand vom Mittelpunkt 31 der Zylinderoberseite angeordnet ist. Der erste Abstand ist kleiner als der zweite Abstand, so dass die Zündkerze 70 näher an der Mitte der Brennkammer 19 montiert ist als der Kraftstoffeinspritzer 80. Da die Zündkerzenbohrung 35 und die Kraftstoffeinspritzbohrung 36 beide rund sind, haben sie jeweils einen entsprechenden Durchmesser und in zumindest einigen Ausführungsformen ist die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Abstand größer als die Summe der Radien der Bohrungen 35 und 36. Dadurch können die Zündkerze 70 und der Kraftstoffeinspritzer 80 entlang eines gemeinsamen Radius der Zylinderoberseite (und der Brennkammer 19) ausgerichtet werden, wenn dies für eine bestimmte Anwendung gewünscht wird. In weiteren Ausführungsformen können die Bohrungen 35, 36 auf verschiedenen Radien der Zylinderoberseite 30 angeordnet sein.
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5 zeigt die Montage der Zündkerze 70 und des Einspritzers 80. Wie angegeben, ist die Zündkerze 70 in die Bohrung 35 eingeschraubt und weist eine Zündkerzenmittelachse 72 auf, die mit einer Mittelachse 71 der Zündkerzenbohrung 35 übereinstimmt. Ebenso ist der Kraftstoffeinspritzer 80 in die Bohrung 36 eingebaut und weist eine Kraftstoffeinspritzer-Mittelachse 82 auf, die mit einer zentralen Bohrungsachse 81 der Kraftstoffeinspritzbohrung 36 übereinstimmt.
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Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ist eine Seitenansicht der Zylinderoberseite 30 dargestellt, die verschiedene Winkel der Zündkerze 70 und des Kraftstoffeinspritzers 80 zeigt, wie sie durch die Winkelausrichtungen ihrer jeweiligen Bohrungen 35, 36 vorgegeben sind. In 6 ist ein Bereich möglicher Einspritzwinkel in Bezug auf die Vertikale dargestellt, obwohl in einigen Ausführungsformen auch Winkel außerhalb des dargestellten Bereichs verwendet werden können. Die Winkel werden relativ zu einer Referenzachse 83 genommen, die sich senkrecht zu einer horizontalen Ebene 84 erstreckt, in der der kreisförmige Umfang 39 der Zylinderoberseite liegt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist diese Referenzachse 83 parallel zur Mittelachse 23/gemeinsamen Ebene 24, auch wenn dies nicht unbedingt der Fall ist. In mindestens einigen Ausführungsformen kann der Winkel der Kraftstoffeinspritzbohrungsachse 81 (und damit der Kraftstoffeinspritzer-Mittelachse 82) in einem Winkel zwischen einschließlich 10 und 20 Grad bezogen auf die Referenzachse 83 liegen.
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In 7 ist ein Winkelbereich der Zündkerze 70 gegenüber dem Einspritzer 80 dargestellt, d.h. ein Winkelbereich für die Zündkerzenbohrungsachse 71 (und damit die Zündkerzenmittelachse 72) gegenüber der Kraftstoffeinspritzbohrungsachse 81 (und damit der Kraftstoffeinspritzmittelachse 82). In mindestens einigen Ausführungsformen kann der Winkel zwischen einschließlich 15 und 25 Grad liegen.
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Die in den Zeichnungen dargestellten Winkelbereiche sind in einer Reihe von verschiedenen Ausführungsformen nützlich, aber je nach bestimmter Anwendung des Schubstangen-Ventiltrieb-Verbrennungssystems können größere oder kleinere Winkel verwendet werden.
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Es ist zu verstehen, dass es sich bei dem Vorstehenden um eine Beschreibung einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung handelt. Die Erfindung ist nicht auf die hierin offenbarte(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern wird ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung oder der Definition von in den Ansprüchen verwendeten Begriffen auszulegen, es sei denn, ein Begriff oder eine Formulierung ist vorstehend ausdrücklich definiert. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform(en) werden für den Fachmann offensichtlich werden. Alle anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
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Wie in dieser Spezifikation und den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „z.B. “, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie“, „genauso wie“ und die Verben „aufweisen“, „haben“ „umfassen“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Elementen verwendet werden, jeweils als nicht abschließend auszulegen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht als Ausschluss anderer, zusätzlicher Komponenten oder Elemente zu betrachten ist. Andere Begriffe sind mit ihrer weitesten vernünftigen Bedeutung auszulegen, es sei denn, sie werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Auslegung erfordert. Darüber hinaus ist der Begriff „und/oder“ als inklusive ODER zu verstehen. Daher ist beispielsweise der Satz „A, B und/oder C“ so zu verstehen, dass er alle der Folgenden abdeckt: „A“; „B“; „C“; „A und B“; „A und C“; „B und C“; und „A, Bund C“.
