DE3543443A1

DE3543443A1 - Fremdgezuendete brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3543443A1
Application number: DE19853543443
Authority: DE
Inventors: Akira Hiroshima Kageyama; Hiroyuki Oda
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-12-10
Filing date: 1985-12-09
Publication date: 1986-06-12
Also published as: US4714058A; DE3543443C2

Description

3543U3

Mazda Motor Corp.

No. 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshi ma-ken, Japan

- 25 409 20/h

Fremdgezlindete Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine fremdgezlindete Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches I₃ insbesondere eine solche Brennkraftmaschine, bei der eine Zündkerze mit ihrem Zündende zentral im Brennraum eines zugeordneten Zylinders angeordnet ist.

Es ist eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Zündkerze zentral im Brennraum des Zylinders angeordnet ist, um die Zündung des Luft/Brennstoffgemisches im Brennraum sowie die Ausbreitung der Flamnifront zu verbessern. Bei solchen Brennkraftmaschinen, die zur Steigerung des volumetrisehen Wirkungsgrades eine Einlaßöffnung mit besonders grossem Querschnitt oder eine Mehrzahl von Einlaßöffnungen aufweisen, ist es jedoch aufgrund des beschränkten Raumes auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes schwierig, die Zündkerze im Zentrum des Brennraumes anzuordnen.

In der JP-OS 57(1982)-102506 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der die Zündkerze auf der Auslaßseite, wo der verbleibende Raum verhältnismässig groß ist, schräg angeordnet/, so daß lediglich das Zündende der Zündkerze zentral im Brennraum liegt. Wie in den Fig. 9 und 10 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt ist, weist die Brennkraft-

maschine ein Paar von Einlaßkanälen 3 sowie ein Paar von Auslaßkanälen 4 auf, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Zylinderkopfes 1 zu einem Brennraum 2 hin erstrecken. Eine Zündkerze 5 ist zwischen den Auslaßkanälen 4, wo relativ leicht Platz zur Anordnung der Zündkerze zu gewinnen ist, schräg angeordnet, so daß die Zündelektrode 5a zentral im Brennraum 2 liegt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die Zündkerze so zu legen, daß ihre Zündelektrode zentral in den Brennraum ragt, um hierdurch die Zündung des Luft/Brennstoffgemisches und die Ausbreitung der Flammfront auch in solchen Brennkraftmaschinen zu verbessern, die mit einer besonders großen Einlaßöffnung oder mit mehreren Einlaßöffnungen ausgestattet sind.

Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß wegen der Anordnung der Zündkerze nahe der Auslaßöffnung, die von heißem Abgas durchströmt ist, das in die Brennraumwand eingeschraubte Außengewinde der Zündkerze durch die von der Auslaßöffnung her übertragene Hitze beeinträchtigt wird. Der Hitzeeffekt ist besonders ausgeprägt bei Mehrzylindermaschinen, die thermisch hoch belastet sind, und führt zur Zerstörung der Zündkerze.

Im Hinblick auf die vorstehenden Erläuterungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine fremdgezündete Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die zentral im Brennraum angeordnete Zündspitze der Zündkerze, insbesondere deren Außengewinde, vor der Abgashitze thermisch geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

- S-

- r-

Die den Kühlkanal bildende Bohrung ist in der Zylinderkopfwand vorgesehen, die den Brennraum umgrenzt und erstreckt sich zwischen der Auslaßöffnung oder dem Auslaßkanal und der Zündkerzen-Gewindebohrung. Beispielsweise verläuft die Bohrung von einem Kühlwassereinlaß an der Unterseite des Zylinderkopfes, durch den Kühlwasser aus dem Zylinderblock in den Zylinderkopf eintritt, zu dem Kühlwassermantel des Zylinderkopfes, so daß das Kühlwasser vom Zylinderblock durch die Bohrung aufgrund des Druckgefälles zwischen dem Kühlwassereinlaß und dem Kühlwassermantel strömt. Das die Bohrung durchströmende Kühlwasser kühlt den Außengewindeteil der Zündkerze und schützt damit die Zündkerze vor thermischer überlastung. Erfindungsgemäß wird somit ein thermischer Schutz der Zündkerze ohne einen ins Gewicht fallenden Aufwand bezüglich des Aufbaues der Brennkraftmaschine erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 11 -11 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Brennkraftmaschine nach Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 2;

- ir-Fig, 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 1;

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Zylinderkopfes einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine nach einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 einen Teilschnitt des in Fig. 7 dargestellten
Zylinderkopfes, und

Fig. 9, 10 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht sowie

eine Draufsicht einer Brennkraftmaschine nach
dem Stand der Technik.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte erfindungsgemässe Brennkraftmaschine 10 mit einer einzigen obenliegenden Nockenwelle weist einen Zylinderblock 11 mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Zylindern 14 auf. Auf dem Zylinderblock 12 ist ein Zylinderkopf 13 mit einer dazwischenliegenden Kopfdichtung 12 montiert. Die Innenfläche jedes Zylinders 14, die Oberseite des in dem Zylinder aufgenommenden Kolbens 15 sowie ein zurückgenommener Teil 13a
in der Unterseite des Zylinderkopfes 13, der jedem Zylinder 14 gegenüberliegt, definieren einen Brennraum 16. Jeder
Brennraum 16 weist ein Paar von Einlaßkanälen 17 auf, die von der einen Seite 13b des Zylinderkopfes 13 zum Brennraum führen, sowie ein Paar von Auslaßkanälen 18, die
vom Brennraum 16 zur anderen Seite 13c des Zylinderkopfes 13 verlaufen. Die Mündungen 17a und 18a der Einlaß- und
Auslaßkanäle 17, 18, die in dem zurückgenommenen Teil 13a des Zylinderkopfes 13 liegen, sind an den jeweiligen Ecken eines Rechteckschemas angeordnet. Den Einlaß- und Auslaßkanälen 17, 18 sind Einlaßventile 19 bzw. Auslaßventile zugeordnet. Die Schäfte 19a der Einlaßventile 18 sowie
die Schäfte 20a der Auslaßventile 20 erstrecken sich nach

oben über die Oberseite 13d des Zylinderkopfes 13 hinaus. Jedes Einlaßventil 19 wird durch eine Ventilfeder 25 in die Schließstellung gezogen; die Ventilfeder 25 ist zwischen einem Federteller 21 und einem Federsitz 23 gespannt, der in der Oberseite 13d des Zylinderkopfes 13 an der Stelle eingearbeitet ist, durch die der Ventilschaft 19a hindurchragt. Entsprechend wird auch jedes Auslaßventil 20 durch eine Ventilfeder 26 in die Schließstellung gezogen, die zwischen einem Federteller 22 und einem Federsitz 24 vorgespannt ist. Der Federsitz 24 ist ebenfalls in der Oberseite 13d des Zylinderkopfes 13 an der Stelle angearbeitet, durch welche der Ventilschaft 20a hindurchragt.

Eine Nockenwelle 27 liegt parallel zu der nicht gezeigten Kurbelwelle auf der Oberseite 13d des Zylinderkopfes 13 zwischen der Einlaßventi1-Reihe 19 und der Auslaßventi1 Reihe 20. Lagerflächen 27a der Nockenwelle 27 sind drehbar in Lagerausnehmungen aufgenommen und abgestützt, die von nach oben offenen halbkreisförmigen Ausnehmungen in Tragwä'nden 28 an den gegenüberliegenden Wänden des Zylinderkopfes 13 sowie zwischen benachbarten Zylindern gebildet sind. Nach oben hin sind die Lagerflächen 27a durch Lagerschalen 30 mit nach unten offenen halbkreisförmigen Ausnehmungen gehalten, die mittels Schrauben 29 an den jeweiligen Tragwänden 28 festgeschraubt sind. Zwischen jedem Paar von benachbarten Lagerflächen 27a sind ein Paar von Nocken 27b zur Betätigung der Einlaßventile 19 und ein Paar von Nocken 27c zur Betätigung der Auslaßventile 20 auf der Nockenwelle 27 angeordnet. Parallel zur Nockenwelle 27, oberhalb und zu gegenüberliegenden Seiten davon, erstrecken sich zwei Kipphebelachsen 31 und 32, auf denen zur Betätigung der Einlaßventile 19 jedes Zylinders ein Paar von Kipphebeln 33

bzw. zur Betätigung der Auslaßventile 20 jedes Zylinders ein Paar von Kipphebeln 34 schwenkbar gelagert sind. Die Kipphebelachsen 31, 32 sind auf den Lagerschalen 30 mittels der bereits erwähnten Schrauben 29 über Halteelemente 35 fixiert. Die Einlaßventile 19 und die Auslaßventile 20 werden in bekannter Weise beim Umlauf der Nockenwelle 27 zu den jeweils vorgesehenen Steuerzeiten geöffnet bzw. geschlossen.

In Zündkerzenlöcher 36, die im Zylinderkopf 13 gebildet sind, sind Zündkerzen 37 eingeschraubt. Jedes Zündkerzenloch 36 verläuft schräg zwischen den beiden Auslaßkanälen 18 jedes Zylinders, so daß sein inneres Ende 36a an einer Stelle mündet, die von den Einlaßöffnungen 17a und den Auslaßöffnungen 18a eingeschlossen ist, d.h. im Zentrum des Brennraumes 16 liegt. Das äußere Ende 36b des Zlindkerzenl oches 36 mündet an der Kante des Zylinderkopfes 13 zwischen dessen Oberseite 13d und der Seitenfläche 13c, in welcher auch die äußeren Enden 18b der Auslaßkanäle 18 münden. Die Mündung 36b des Zündkerzenloches liegt hier ebenfalls zwischen den Mündungen 18b der Auslaßkanäle 18. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Zündkerze 37 ein- und ausgeschraubt werden kann, ohne daß die Nockenwelle 27, der Ventilantrieb auf der Außenseite od.dgl. im Wege sind. Der Teil des Zündkerzenloches 26, der nahe an dessen innerem Ende 36a liegt, bildet ein Innengewinde 36c, in welches das Außengewinde 37a der Zündkerze 37 eingeschraubt werden kann. Bei eingeschraubter Zündkerze 37 ragt die Zündelektrode 37b der Zündkerze 37 vom Zentrum der Oberseite des Brennraumes 16 in den Brennraum hinein.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 4 hervorgeht, ist unter jedem Auslaßkanal 18 in der Unterfläche 38 des Zylinderkopfes ein Kühlwassereinlaß 41 zur Zufuhr von Kühlwasser aus einem

Kühlwassermantel 39 des ZyIinderblockes 11 in einen Kühlwassermantel 40 des Zylinderkopfes 13 vorgesehen. Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, ist für jeden Zylinder ein Paar von Bohrungen 42 vorgesehen. Eine Bohrung 42, erstreckt sich von dem (in Fig. 4) oberen Kühlwassereinlaß 41, durch die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzenbohrung 36 und dem unteren Auslaßkanal 18- hindurch und stellt eine Verbindung mit dem oberen Kühlwassereinlaß 41, und dem Kühlwassermantel 40 her. Die andere Bohrung 42₂ verläuft von dem unteren Kühlwassereinlaß 41« durch die Unterwand 38 zwischen der Zündkerzenbohrung 36 und dem oberen Auslaßkanal 18, hindurch und verbindet somit den unteren Kühlwassereinlaß 41_? mit dem Kühlwassermantel 40. Die Bohrungen 42, und 42_? durchsetzen einander. Somit ist die Zündkerzen-Gewindebohrung 36c gegenüber den Auslaßkanälen 18 durch die Bohrungen 42 isoliert, wie sich aus Fig. 4 ergibt. Vorzugsweise ist Lage und Richtung jeder Bohrung 42 so gewählt, daß die Bohrung mittels eines Bohrers (bei A in Fig. 4 angedeutet) ausgehend von der Unterseite des Zylinderkopfes 13 durch den Kühlwassereinlaß 41 hindurch hergestellt werden kann. Der Auslaßkanal 18 weist in einem der Bohrung 42 benachbarten Bereich einen verdickten Wandabschnitt 43 auf, um zu verhindern, daß der Bohrer A beim Herstellen der Bohrung 42 in den Auslaßkanal 18 hinein abweicht und eine Verbindung zwischen der Bohrung 42 und dem Auslaßkanal 18 herstellt.

Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind die das Zündkerzenloch 36 definierende Wand 44 und die Wände 45, die die Auslaßkanäle 18 bilden, durch einen dazwischen liegenden Kühlwasserkanal 46 voneinander getrennt, so daß in den Kühlwassermantel 40 über die Kühlwassereinlässe 41 zugeführtes Kühlwasser diesen Kühlwasserkanal 46 durchströmt,

wie durch Pfeile X angedeutet ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung kann die Zündelektrode 37b bei in die Ziindkerzenbohrung 36 eingeschraubter Zündkerze 37 aufgrund des Schrägverlaufes der Zündkerzenbohrung 36 zwischen den Auslaßkanälen 18 zentral im Brennraum 18 angeordnet werden. Das erlaubt eine einwandfreie Zündung und Ausbreitung der Flammfront im Brennraum auch in Anbetracht der Tatsache, daß in dem Zylinderkopf 13 jeweils ein Paar breiter Einlaßkanäle 17 ausgebildet ist.

Aufgrund der Anordnung der Zündkerze 37 zwischen den Auslaßkanälen wird Wärme von dem die Auslaßkanäle 18 durchströmenden heißen Abgas zur Zündkerze 37 hin übertragen und führt bei herkömmlicher Ausbildung zu einer thermischen Zerstörung der Zündkerze, insbesondere der Zündkerzen-Gewindebohrung 36c und des Zündkerzengewindes 37c in dem zum Brennraum 16 gerichteten Teil der Unterwand 38. Bei der hier beschriebenen Brennkraftmaschine kühlt jedoch das die Bohrungen 42 aufgrund des Druckgefälles zwischen den Kühlwassereinlässen 41 und dem Kühlwassermantel 40 durchströmende Kühlwasser die Gewindeteile 36c und 37c an der Zündkerze 37. Außerdem wird die Zündkerze 37 über die Wand 44 durch dasjenige Kühlwasser gekühlt, das den Kühlwasserkanal 46 zwischen den Wänden 45 der Auslaßkanäle 18 und der Wand 44 der Zündkerzenbohrung 36 durchströmt. Auf diese Weise kann die Zündkerze 37 effektiv vor thermischer überlastung und Zerstörung geschützt werden.

Die weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen fremdgezündeten Brennkraftmaschine gemäß den Fig. 7 und 8 weist ein Paar von Einlaßkanälen 17', jedoch nur einen Auslaßkanal 18' auf. Auch bei dieser Brennkraftmaschine ist kein hinreichender Platz für die Zündkerze auf der Einlaßseite

des Zylinderkopfes 13' vorhanden, so daß demzufolge die Zündkerzenbohrung 36' auf der Auslaßseite des Zylinderkopfes ausgebildet ist. Auch hier wird Abgaswärme vom Auslaßkanal 18' zur Zündkerze (in den Fig. 7 und 8 nicht gezeigt) hin übertragen, so daß diese durch Wärmeüberlastung zerstört wird. Zur Kühlung der Zündkerze ist eine Bohrung 42' in der Unterwand 38' des Zylinderkopfes 13 ausgebildet, die sich von dem Kühlwassereinlaß 41'■ zum Kühlwassermantel 40' hin erstreckt und dabei zwischen dem Auslaßkanal 18' und dem Gewindeabschnitt 26' der Zündkerzenbohrung hindurch verläuft. Das die Bohrung 42' durchsetzende Kühlwasser kühlt in gleicher Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die in das Zündkerzengewinde 36' eingeschraubte Zündkerze.

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Claims

ur° r@f- nat. gf-ly. FRANZ LCHUuy Hazda Motor Corp. No. 3-1, Shin-chi, Fuchu-cho, Ak i-gun, Hiroshima-ken,Japan - 25 409 20/h Fremdgezündete Brennkraftmaschine Ansprüche

1./Fremdgezündete Brennkraftmaschine mit mindestens einem Einlaßkanal und einem Auslaßkanal jedes Brennraumts und mit jeweils einer in eine Gewindebohrung eingeschraubten, mit ihrer Zündelektrode zentral im Brennraum angeordneten Zündkerze,
dadurch gekennzeichnet,

daß in der den Brennraum (16, 16') definierenden Wand (38, 38') des ZyTinderkopfes (13, 13') mindestens eine einen Kühlkanal bildende Bohrung (42, 42') zwischen dem Auslaßkanal (18, 18') und der Kerzen-Gewindebohrung (36, 36') verläuft.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 mit einer über dem Brennraum liegenden einzigen Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerzenbohrung (36, 36') in der Auslaßseite des ZyIinderkopfes (13, 13') schräg ausgebildet ist und die Zündeleketrode(37b) bei eingeschraubter Zündkerze (37) zentral im Brennraum (16, 16') angeordnet ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Einlaß-Öffnung (17¹) grosser als die Querschnittsfläche der einzigen Auslaßöffnung (18') ist.

^:- ""■■■■' 35434A3

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Einlaßventilen vorgesehen ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (42, 42') gerade ist und eine Verbindung zwischen einem Kühlwassereinlaß (41, 41') des Zylinderkopfes (13, 13'), der mit Kühlwasser des Zylinderblockes (11) gespeist ist, und einem Kühlwassermantel (40, 40') des Zylinderkopfes herstellt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Auslaßöffnungen (18) sowie ein Paar von Kühlkanäle bildenden Bohrungen (42) an gegenüberliegenden Seiten der Kerzen-Gewindebohrung (36) vorgesehen sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der Kühlkanäle bildenden Bohrungen (42) von unterhalb des einen der Auslaßkanäle (18) ausgeht, zwischen der Zündkerzenbohrung (36) und dem anderen der Auslaßkanäle (18) hindurch verläuft und oberhalb des anderen der Auslaßkanäle (18) mündet.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zündkerzenbohrung (36) und jedem der Auslaßkanäle (18) ein Kühlwassermantel (40) ausgebildet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kühlkanal bildende Bohrung (42, 42') längs der oberen Brennraumwand verläuft und sich von einem ZyIinderkopftei1 nahe an einem Kühlwassereinlaß (41, 41') des Zylinderkopfes (13, 13'), der mit Kühlwasser aus dem Zylinderblock (11) gespeist ist, zu einem Zylinderkopfteil über dem Brennraum (16, 16') erstreckt.