DE3928579A1

DE3928579A1 - Brennraum fuer eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3928579A1
Application number: DE3928579A
Authority: DE
Inventors: Toshio Ito; Toshio Tanahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-08-30
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1990-03-08
Anticipated expiration: 2009-08-30
Also published as: JPH0733766B2; US4957081A; DE3928579C2; JPH0264220A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Bei einem bekannten Zweitakt-Dieselmotor ist eine Abschirm wand vorgesehen, um einen Teil der Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz sowie dem Einlaßventil und auch einen Teil der Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz sowie dem Auslaß ventil abzuschirmen, wenn die Ventilhübe des Ein- und Auslaß ventils klein sind (US-PS 41 62 662). Bei diesem bekannten Zweitakt-Dieselmotor wird die Frischluft daran gehindert, in den Brennraum von dem Teil der Ventilöffnung des Einlaß ventils, der durch die Abschirmwand abgeschirmt ist, einzu strömen, und Verbrennungsgas wird daran gehindert, von dem Teil der Ventilöffnung des Auslaßventils, der durch die Ab schirmwand abgeschirmt ist, ausgestoßen zu werden.

Bei der in der JP-Pat.-Anm. Nr. 63-1 02 659 (der Anmelderin) offenbarten Zweitakt-Brennkraftmaschine ist eine Abschirm wand vorgesehen, um einen Teil der Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz und dem Einlaßventil für die gesamte Zeit, über welche das Einlaßventil offen ist, abzuschirmen. Bei dieser Zweitakt-Brennkraftmaschine wird die Frischluft oder ein Luft-Kraftstoffgemisch an einem Einströmen in den Brenn raum von dem Teil der Ventilöffnung des Einlaßventils, der durch die Abschirmwand abgeschirmt ist, über die gesamte Zeit, in welcher das Einlaßventil offen ist, gehindert.

Darüber hinaus werden bei einer bekannten Brennkraftmaschine (JP-Patent-OS Nr. 62-1 50 014) Aufbauschichten aus einem Metallmaterial, das unterschiedlich zu demjenigen des Zylin ders ist, an den Umfangsteilen der Öffnungen des Ein- und Auslaßventils ausgebildet. Die Ventilsitze des Ein- und Aus laßventils werden durch eine maschinelle Bearbeitung der Aufbauschichten ausgestaltet.

Bei dem Zweitakt-Dieselmotor nach der US-PS 41 62 662 und bei der Zweitakt-Brennkraftmaschine nach der JP-Pat.-Anm. Nr. 63-1 02 659 werden die Ventilsitze des Ein- und Auslaß ventils in ringförmige, an der Innenwand des Zylinderkopfes ausgebildete Kehlen mittels Preßsitz eingebracht. Wenn die Ventilsitze an der Innenwand des Zylinderkopfes durch den Preßsitz befestigt werden, werden, weil die Abschirmwände außerhalb vom Außenumfang der ringförmigen Kehlen, d.h. mit Abstand von diesen ausgebildet werden müssen, um die Ventil sitze des Ein- und Auslaßventils in die ringförmigen Kehlen im Preßsitz einzubringen, große Freiräume zwischen der Ab schirmwand sowie dem Außenumfang des Einlaßventils und zwi schen der Abschirmwand sowie dem Außenumfang des Auslaßven tils gebildet. Selbst wenn die Abschirmwände angeordnet wer den, um die Ventilöffnungen des Ein- und Auslaßventils abzu schirmen, so strömen folglich Frischluft, ein Luft-Kraftstoff gemisch oder Verbrennungsgas durch die Frei- oder Zwischen räume, so daß ein Problem auftritt insofern, als es unmög lich ist, einen Teil der Ventilöffnung des Einlaßventils oder einen Teil der Ventilöffnung des Auslaßventils durch die Abschirmwand vollständig abzuschirmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftma schine zu schaffen, bei der die Möglichkeit gegeben ist, einen Teil der Ventilöffnung des Einlaßventils oder einen Teil der Ventilöffnung des Auslaßventils durch die Abschirm wand gänzlich abzuschirmen.

Gemäß der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine geschaffen, die umfaßt: einen Motorblock, der einen Zylinderkopf mit einer Innenwand aufweist, einen im Motorblock hin- und her gehenden Kolben, wobei die Innenwand des Zylinderkopfes und der Boden des Kolbens zwischen sich einen Brennraum abgren zen, an der Innenwand des Zylinderkopfes angeordnete Ventil einrichtungen und eine an der Innenwand des Zylinderkopfes ausgebildete Abschirmwand, um einen Teil der zwischen einem Ventilsitz sowie einem Umfangsteil einer Ventileinrichtung gebildeten Ventilöffnung abzuschirmen, wobei der Ventilsitz und die Abschirmwand durch eine Aufbauschicht gebildet wer den, die am Zylinder aufgebaut und maschinell bearbeitet wird.

Weitere Ziele der Erfindung wie auch deren Merkmale werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Be schreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungs gegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen lotrechten Schnitt einer Zweitakt-Brennkraft maschine;

Fig. 2 die Innenwand des Zylinderkopfes;

Fig. 3 einen Querschnitt des Zylinderkopfes;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Ausbildung der Aufbauschicht für den Ventilsitz und die Abschirmwand;

Fig. 5 ein Diagramm zur Öffnungszeit des Ein- und Auslaß ventils;

Fig. 6 ein Diagramm zum Ventilhub des Ein- und Auslaßven tils, wobei eine Druckänderung im Auspuffkanal ge zeigt ist;

Fig. 7 einen lotrechten Schnitt der Brennkraftmaschine, wobei deren Arbeitsvorgang unter leichter Last dar gestellt ist;

Fig. 8 einen lotrechten Schnitt der Brennkraftmaschine, wobei deren Arbeitsvorgang unter hoher Last darge stellt ist;

Fig. 9 einen lotrechten Schnitt einer weiteren Ausführungs form einer Zweitakt-Brennkraftmaschine;

Fig. 10 die Innenwand des Zylinderkopfes der Maschine von Fig. 9;

Fig. 11 einen lotrechten Schnitt zur Erläuterung des Arbeits vorgangs der in den Fig. 9 und 10 gezeigten Brenn kraftmaschine.

Die in den Fig. 1-3 gezeigte Brennkraftmaschine umfaßt einen Zylinderblock 1, einen in diesem hin- und hergehenden Kolben 2, einen am Zylinderblock 1 befestigten Zylinderkopf 3 und einen Brennraum 4, der zwischen der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3 und dem Boden des Kolbens 2 abgegrenzt ist. Eine zum Brennraum 4 vorragende Erhebung oder Nase 5 ist an der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3 ausgebildet und erstreckt sich über den gesamten Durchmesser dieser Innen wand. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, hat die Nase 5 einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit einem Sattel 5 a am unteren Ende sowie mit Fußteilen 5 b. Ein Paar von Einlaß ventilen 6 ist auf der einen Seite der Nase 5 und ein Paar von Auslaßventilen 7 ist auf der anderen Seite dieser Nase 5 angeordnet.

Die Nase 5 hat ein Mittelteil 5 c, das als ein den Auslaß ventilen 7 gegenüberliegender Bogen ausgebildet ist. Auf der den Einlaßventilen zugewandten Seite des Mittelsteils 5 c ist eine Zündkerze 8 angeordnet. Folglich befindet sich die Zündkerze 8 annähernd auf der Zylinderachse auf derje nigen Seite der Nase 5, die den Einlaßventilen zugewandt ist. Für jedes Einlaßventil 6 sind an der Nase 5 Abschirmwän de 10 ausgebildet, um die Ventilöffnung zwischen dem Ventil sitz 9 und dem Umfangsteil des Einlaßventils 6, der auf der Seite der Auslaß ventile angeordnet ist, abzuschirmen. Diese Abschirmwände 10 liegen so nahe wie möglich an den Umfangsteilen der zuge ordneten Einlaßventile 6 und haben einen bogenförmigen Quer schnitt, der sich längs des Umfangsteils des zugehörigen Einlaßventils 6 erstreckt. Zusätzlich erstrecken sich diese Abschirmwände 10 zum Brennraum 4 hin zu einer Stelle, die niedriger liegt als die Einlaßventile 6 in ihrer maximalen Hublage, die durch strich-punktierte Linien in Fig. 1 ange geben ist. Demzufolge wird die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz und dem Umfangsteil des Einlaßventils, der auf der Seite der Auslaßventile liegt, durch die entsprechende Abschirmwand 10 für die gesamte Öffnungszeit des Einlaßven tils 6 abgeschirmt. Ein fest bestimmter Raum ist zwischen den Umfangsteilen der Auslaßventile 7 und dem einen Fußteil 5 b der Nase 5 vorhanden, so daß die Ventilöffnung zwischen einem Ventilsitz 11 und dem Umfangsteil des Auslaßventils 7, der sich auf der Seite der Einlaßventile befindet, nicht durch die Nase 5 abgeschirmt wird. Wenn das Auslaßventil 7 öffnet, so ist folglich die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz 11 und dem Auslaßventil 7 zum Brennraum 4 hin über den gesamten Umfang des Auslaßventils 7 offen.

Im Zylinderkopf 3 sind Ansaugöffnungen 12 für die Einlaßventile 6 und Auspufföffnungen bzw. ein Auspuffkanal 13 für die Aus laßventile 7 ausgebildet. Die Ansaugöffnungen 12 sind mit einem (nicht dargestellten) Luftfilter über beispielsweise einen von der Maschine mechanisch angetriebenen Auflader 14 und einen Ansaugkanal 15, in dem eine Drosselklappe 16 angeordnet ist, verbunden. An den oberen Wänden der Ansaug öffnungen 12 sind Kraftstoff-Einspritzdüsen 17 angebracht, von denen Kraftstoff unter einem kleinen Ausbreitungswinkel in Form eines nadelartigen Strahls zu den schraffierten Be reichen 18 der Einlaßventile 6, die in Fig. 3 dargestellt sind, eingespritzt wird. Diese schraffierten Bereiche 18 liegen auf der der Zündkerze zugewandten Seite der Achsen der Ansaugöffnungen 12 und auf der zur Zündkerze 8 mit Bezug zu der durch die Stößel der beiden Einlaßventile 6 verlaufen den Linie entgegengesetzten Seite.

Wie durch die Schraffur in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Ventilsitze 9 der Einlaßventile 6 und die Abschirmwände 10 einstückig an der Wand des Zylinderkopfes 3 durch eine Aufbau schicht, die bearbeitet wird, ausgebildet. Ferner sind bei dieser Ausführungsform nahezu die gesamte Fläche der Nase 5 und ein Teil 3 d der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3 rund um die Zündkerze 8 ebenfalls einstückig an der Wand des Zylinderkopfes 3 durch die Aufbauschicht zusammen mit den Ventilsitzen 9 und den Abschirmwänden 10 ausgestaltet.

Im folgenden wird auf ein Verfahren zur Ausbildung der Auf bauschicht anhand der Fig. 4 eingegangen.

Die Fig. 4(A) und 4(B) zeigen ein Verfahren zur Ausbildung der Aufbauschicht an der Wand des Zylinderkopfes 3, der ein Gußstück aus einer Aluminiumlegierung ist. Auf der in Fig. 4(A) gezeigten Basis 5′ wird die Nase 5 und auf der Ventil sitz-Grund- oder Bildungsfläche 20 wird der Ventilsitz des Einlaßventils 6 ausgebildet. Eine einwärts ragende ringför mige Rippe 21 ist an der Innenwand des Austritts der Ansaug öffnung 12 zwischen der Ventilsitz-Grundfläche 20 und der Ansaugöffnung 12 vorhanden. Der Zylinderkopf 3 wird um die Achse K-K des Einlaßventils 6 gedreht, wobei der Neigungs winkel dieser Achse K-K so bestimmt wird, daß die Ventilsitz- Grundfläche 20, die sich in der untersten Position befindet, horizontal liegt. Metallpulver wird vom Mundstück 22 a eines Trichters 22 auf die Ventilsitz-Grundfläche 20, die um die Achse K-K dreht, aufgebracht, und auf das Metallpulver auf der Ventilsitz-Grundfläche 20 wird von einer Hochenergie quelle 24 hohe Energie 23 zur Einwirkung gebracht. Das Metall pulver ist ein Pulver der den Zylinderkopf 3 bildenden Alumi niumlegierung oder ein Pulver auf Kupferbasis, z.B. 15 Gew.-% Nickel, 3 Gew.-% Eisen, 1 Gew.-% Phosphor und der Rest Kupfer. Die hohe Energie 23 ist beispielsweise dieje nige eines Laserstrahls, und in diesem Fall kommt als Hoch energiequelle 24 beispielsweise ein CO₂-Laser zur Anwendung.

Wenn die hohe Energie 23 am Metallpulver auf der Ventilsitz- Grundfläche 20 zur Einwirkung kommt, so wird dieses Pulver geschmolzen, und nach seiner Verfestigung bildet es die Auf bauschicht 25. Das Metallpulver wird kontinuierlich auf die um die Achse K-K drehende Ventilsitz-Grundfläche 20 vom Trichter 22 her aufgebracht, wobei der Trichter eine Hin und Herbewegung in Richtung der Pfeile X in Fig. 4(A) aus führt. Die hohe Energie wird sukzessive auf das Metallpulver zur Wirkung gebracht, das fortlaufend schmilzt und sich ver festigt. Demzufolge wird die Aufbauschicht 25 auf der Gesamt heit der Ventilsitz-Grundfläche 20 ausgebildet und mit dem Zylinderkopf 3 als ein Teil oder eine Einheit verbunden.

Dann wird, wie die Fig. 4(C) zeigt, der Zylinderkopf 3 um die Achse K-K derart gedreht, daß die Abschirmwand-Grund- oder Bildungsfläche 26, die sich in der untersten Position befindet, eine horizontale Lage erhält, und auf dieser Ab schirmwand-Grundfläche 26 wird die Aufbauschicht 27 ausge bildet, welche mit dem Zylinderkopf 3 und der Aufbauschicht 25 zu einer Einheit verbunden wird.

Hierauf wird, wie in Fig. 4(D) dargestellt ist, der Zylinder kopf 3 in der Längsrichtung der Seitenfläche 28 der Basis 5′, und zwar längs der Seitenfläche, die der Abschirmwand- Grundfläche 26 gegenüberliegt, derart bewegt, daß diese Sei tenfläche 28 der Basis 5′ horizontal liegt, und auf dieser Seitenwand oder -fläche 28 der Basis 5′ wird die Aufbauschicht 29 ausgebildet. Dann wird die restliche Aufbauschicht in der gleichen Weise wie die Aufbauschicht 29 gefertigt.

Anschließend werden, wie in Fig. 4(E) gezeigt ist, die Auf bauschichten 25 und 27 durch ein Bearbeitungswerkzeug 30, z.B. einen Fräser, das ein kegelförmiges Kopfteil hat und um die Achse K-K dreht, abgetragen, so daß die Abschirmwand 10 gebildet wird.

Hierauf werden, wie die Fig. 4(F) zeigt, die Aufbauschicht 25 und die ringförmige Rippe 21 durch ein weiteres Bearbei tungswerkzeug 31 mit einem kegelförmigen Kopfteil, das um die Achse K-K dreht, abgetragen, so daß der Ventilsitz 9, der mit der Wand der Ansaugöffnung 12 verbunden ist, gebildet wird.

Durch Ausbilden des Ventilsitzes 9 für das Einlaßventil 6 durch Abtragen der Aufbauschicht 25 stimmt die Achse des Ventilsitzes 9 für das Einlaßventil 6 vollständig mit der Achse K-K des Einlaßventils 6 überein. Ferner hat der zylin drische Schaft des Werkzeugs 20 einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich demjenigen des Außenumfangs des Ventil tellers des Einlaßventils 6 ist, wodurch es möglich ist, wenn die Abschirmwand 10 durch Abtragen der Aufbauschicht 27 mittels des Werkzeugs 30 gebildet wird, im wesentlichen jeglichen Luftspalt zwischen der Abschirmwand 10 und dem Außenumfang des Tellers des Einlaßventils 6 zu eliminieren. Wenn das Einlaßventil 6 öffnet, so wird folglich die zwi schen dem Ventilsitz 9 und dem Umfangsteil des Einlaßventils 6, welcher auf der Seite des Auslaßventils liegt, gebildete Ventilöffnung vollständig durch die Abschirmwand 10 abge schirmt, womit das Einströmen von Frischluft von der Ventil öffnung des Einlaßventils 6, die sich auf der Seite der Aus laßventile befindet, völlig durch die Abschirmwand 10 verhin dert wird.

Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Öffnungszeit der Ein laßventile 6 sowie der Auslaßventile 7 und ein Beispiel für die Einspritzzeit. Gemäß der Fig. 5 öffnen die Auslaßventile 7 eher als die Einlaßventile 6, und die Auslaßventile 7 schließen auch eher als die Einlaßventile 6. Zusätzlich wird die Einspritzzeit für den Kraftstoff so festgesetzt, daß das Einspritzen zu einem Zeitpunkt nach dem Öffnen der Ein laßventile 6 und vor Erreichen des unteren Totpunktes (UT) durch den Kolben 2 geschieht.

Die Fig. 6 zeigt die Ventilhübe der Ein- und Auslaßventile 6 bzw. 7 und Änderungen in den Drücken P ₁, P ₂, Q ₁, Q ₂ in der Auspufföffnung oder dem Auspuffkanal 13. Diese Druckän derungen werden im folgenden noch beschrieben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 werden zunächst die Vorgänge zur Spülung und zur Schichtung erläutert. Die Fig. 7 zeigt einen Zustand, wobei sich die Maschine im Betrieb mit leichter Last befindet, während die Fig. 8 einen Zustand zeigt, in dem die Maschine unter hoher Last arbeitet. Des weiteren zeigen die Fig. 7(A) und 8(A) einen Moment unmittel bar nach dem Öffnen der Einlaßventile 6, während die Fig. 7(B) und 8(B) einen Moment zeigen, wobei sich der Kolben 2 annähernd im UT befindet.

Zuerst wird anhand der Fig. 7 auf den Spül- und Schichtungs vorgang im Betrieb der Maschine mit leichter Last eingegangen.

Wenn sich der Kolben 2 abwärts bewegt und die Auslaßventile 7 öffnen, strömt Verbrennungsgas, das im Brennraum 4 unter hohem Druck steht, in die Auslaßöffnung 13, so daß der Druck in dieser bzw. im Auspuffkanal vorübergehend positiv wird, wie durch P ₁ in Fig. 6 dargestellt ist. Dieser positive Druck (Überdruck) P ₁ pflanzt sich im Auspuffkanal in dessen stromab wärtiger Richtung fort und wird an der Verbindungsstelle der Auspufföffnungen für jeden Zylinder reflektiert. Anschlie ßend pflanzt sich der so reflektierte Druck wieder zur Auslaß öffnung 13 in Form eines Unterdrucks fort. Folglich wird, wenn die Einlaßventile 6 öffnen, der Unterdruck im Auspuff kanal 13 erzeugt, wie durch P ₂ in Fig. 6 dargestellt ist. Der Zeitpunkt, an dem der Unterdruck P ₂ erzeugt wird, hängt von der Länge des Auspuffkanals ab. Arbeitet die Maschine unter leichter Last, so ist der Verbrennungsdruck niedrig, wes halb der Überdruck P ₁ und der Unterdruck P ₂, die im Auspuff kanal 13 erzeugt werden, relativ klein sind.

Wenn die Einlaßventile 6 öffnen, so wird Kraftstoff enthal tende Frischluft in den Brennraum von den Ansaugöffnungen 12 her eingeführt. Da zu dieser Zeit die Ventilöffnungen der Einlaßventile, welche auf der Seite der Auslaßventile liegen, vollständig durch die Abschirmwände 10 abgeschirmt sind, wie oben gesagt wurde, strömt die Kraftstoff enthalten de Frischluft in den Brennraum 4 von den Öffnungen der Ein laßventile 6, welche den Auslaßventilen gegenüberliegen, ein. Darüber hinaus wird, wenn die Einlaßventile 6 öffnen, da der Unterdruck im Auspuffkanal 13 erzeugt wird, wie durch P ₂ in Fig. 6 dargestellt ist, das im oberen Teil des Brenn raumes 4 befindliche Verbrennungsgas auf Grund dieses Unter drucks in den Auspuffkanal 13 gesaugt. Zu dieser Zeit wird, wie durch den Pfeil R ₁ in Fig. 7(A) angegeben ist, die Frisch luft mit dem Kraftstoff zu den Auslaßventilen 7 hin auf Grund der Bewegung des Verbrennungsgases gezogen, so daß der Kraft stoff in einen Raum rund um die Zündkerze 8 (Fig. 2) einge führt wird. Wenn sich dann der Kolben 2 weiter abwärts bewegt, wie die Fig. 7(B) zeigt, so strömt die den Kraftstoff enthal tende Frischluft längs der lnnenwand des Zylinders unterhalb der Einlaßventile 6 abwärts, wie durch den Pfeil R ₂ in Fig. 7(B) angegeben ist. Jedoch ist bei einem Arbeiten der Maschi ne unter leichter Last die Menge an in den Brennraum 4 einge führter Frischluft klein, und zusätzlich ist die Geschwindig keit der in den Brennraum einströmenden Frischluft niedrig. Als Ergebnis dessen ereicht die Frischluft nicht die Boden fläche des Kolbens 2, sondern bleibt im oberen Teil des Brennraumes 4 stehen, so daß folglich bei einer Aufwärtsbe wegung des Kolbens 2, weil sich das Luft-Kraftstoffgemisch im oberen Teil des Brennraumes 4 angesammelt hat, während sich das restliche unverbrannte Gas im unteren Teil des Brennraumes 4 angesammelt hat, das Innere des Brennraumes 4 geschichtet wird, wodurch das Luft-Kraftstoffgemisch durch die Zündkerze 8 in geeigneter und richtiger Weise gezündet wird.

Da bei einem Arbeiten der Maschine unter hoher Last der Ver brennungsdruck hoch wird, wird auch der im Auspuffkanal 13 erzeugte Überdruck groß, wie durch Q ₁ in Fig. 6 angegeben ist. Ferner wird der durch die Reflexion des Überdrucks Q ₁ hervorgerufene Unterdruck ebenfalls groß, wie durch Q ₂ in Fig. 6 dargestellt ist. Darüber hinaus tritt der Spitzen wert des Unterdrucks Q ₂ eine kurze Zeitspanne nach der Erzeu gung des Unterdrucks P ₂ auf.

Arbeitet die Maschine unter hoher Last, so ist die Menge an in den Brennraum 4 eingeführter Frischluft groß, wie auch die Geschwindigkeit der einströmenden Frischluft hoch wird. Folglich strömt bei einem Öffnen der Einlaßventile 6 eine große Menge an Kraftstoff enthaltender Frischluft in den Brennraum 4 mit einer hohen Geschwindigkeit. Wenn anschließend das im oberen Teil des Brennraumes 4 befindli che Verbrennungsgas auf Grund der Erzeugung des Unterdrucks Q ₂ im Auspuffkanal in diesen gesaugt wird, dann wird die Strömungsrichtung der Frischluft zum mittigen Teil des Brenn raumes 4 hin geändert, wie durch die Pfeile S ₁ und S ₂ in Fig. 8(A) angegeben ist. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens 2 strömt die Frischluft unterhalb der Einlaßven tile 6 längs der Innenwand des Zylinders abwärts und erreicht den Boden des Kolbens 2, wie der Pfeil S ₃ in Fig. 8(B) an gibt. Demzufolge wird das Verbrennungsgas im Brennraum 4 allmählich durch die Frischluft ausgeschoben und in den Aus puffkanal 13 ausgestoßen, wie der Pfeil T in Fig. 8(B) an gibt, womit ein Umkehrspülvorgang im Brennraum 4 herbeige führt wird.

Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, die die obige Anord nung für die Ein- und Auslaßventile aufweist, kann der höchst wirksame Spüleffekt durch Ausführen einer solchen Umkehr spülung erlangt werden. Darüber hinaus ist bei einer derar tigen Zweitakt-Brennkraftmaschine die Menge an restlichem Verbrennungsgas groß, so daß, um eine gute Zündung und eine anschließende gute Verbrennung, selbst wenn die Menge an restlichem Verbrennungsgas groß ist, zu erhalten, das Luft- Kraftstoffgemisch rund um die Zündkerze angesammelt werden muß, d.h., es muß eine gute Schichtung erlangt werden. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1-3 ist es durch das Vorhandensein der Abschirmwände 10 möglich, eine Strömung von Frischluft und Kraftstoff längs der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3, die dann in die Auspufföffnung 13 ein tritt, vollständig zu verhindern, so daß als Ergebnis dessen ein guter Spül- und auch ein guter Schichtungsvorgang erhal ten werden können.

Durch Anordnen der Zündkerze 8 an der Nase 5 auf der Seite der Einlaßventile ist das Luft-Kraftstoffgemisch bestrebt, sich rund um die Zündkerze 8 anzusammeln, so daß es folglich möglich ist, eine einwandfreie Zündung des Luft-Kraftstoff gemischs durch die Zündkerze 8 zu erlangen. Vor allem ist das Gemisch bestrebt, sich innerhalb eines vom bogenförmi gen Mittelteil 5 c der Nase 5 umgebenen Bereichs aufzuhalten, und da die Zündkerze 8 in diesem Bereich angeordnet ist, wird folglich die Zündung verbessert. Weil darüber hinaus der von den Einspritzdüsen 17 eingespritzte Kraftstoff augen blicklich in den Brennraum 4 eingeführt wird, nachdem er auf die rückseitigen Flächen der Körper der Einlaßventile 6 auf trifft und zerstäubt wird, wird der Kraftstoff nicht an den Innenwänden der Ansaugöffnungen 12 haften.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, wobei ein noch besserer Umkehrspülvorgang erlangt wird. Bei dieser Ausführungsform ist an der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3 eine Vertiefung oder Einsenkung 40 ausgebildet, und die Einlaßventile 6 sind am Innenwandteil 3 b des Zylinderkopfes 3, das die Bodenfläche der Vertiefung 40 bildet, angeordnet. Das Innenwandteil 3 c des Zylinderkopfes 3 außerhalb der Ver tiefung 40 ist im wesentlichen eben, und an diesem Innenwand teil 3 c sind die Auslaßventile 7 angeordnet. Die Innenwand teile 3 b und 3 c des Zylinderkopfes 3 sind untereinander durch die Umfangswand 41 der Vertiefung 40 verbunden. Diese Umfangs wand 41 umfaßt Abschirmwände 41 a, die so nahe wie möglich an den Umfangsteilen der jeweiligen Einlaßventile 6 angeord net sind und sich bogenförmig längs des Umfangs der zugeord neten Einlaßventile 6 erstrecken. Zwischen den Einlaßven tilen 6 ist eine Frischluft-Leitwand 41 b angeordnet. Zwischen den Einlaßventilen 6 ist eine Frischluft-Leitwand 41 b ange ordnet, während zwischen der umlaufenden Wand der Innenwand 3 a des Zylinderkopfes 3 und jeweils einem Einlaßventil 6 Frischluft-Leitwände 41 c ausgebildet sind. Die Frischluft- Leitwand 41 b erstreckt sich zum Brennraum 4 hin bis zu einer Stelle, die niedriger liegt als die Einlaßventile 6, wenn diese in ihrer maximalen Hublage sind. Die Ventilöffnung zwischen dem Ventilsitz 9 und dem Umfangsteil des Einlaßven tils 6, der auf der Seite der Auslaßventile liegt, wird folg lich durch die zugeordnete Abschirmwand 41 a für die gesamte Zeit, über welche das Einlaßventil 6 offen ist, abgeschirmt. Die Frischluft-Leitwand 41 b und die Frischluft-Leitwände 41 c sind auf im wesentlichen derselben Ebene angeordnet und verlaufen im wesentlichen parallel zu der durch die Zentren der Einlaßventile 6 sich erstreckenden Linie. Die Zündkerze 8 ist am Innenwandteil 3 c des Zylinderkopfes 3 derart ange bracht, daß sie sich im Zentrum der Innenwand 3 a des Zylin derkopfes 3 befindet.

Bei dieser Ausführungsform haben die bogenförmigen Abschirm wände 41 a eine Umfangslänge, die größer ist als diejenige der Abschirmwand 10 von Fig. 1-3. Somit wird an der Ventil öffnung zwischen dem Einlaßventil 6 und dem Ventilsitz 9 ein Drittel der Ventilöffnung, das auf der Seite der Auslaß ventile liegt, durch die zugehörige Abschirmwand 41 a abge schirmt, wobei die Frischluft von den nicht abgeschirmten zwei Dritteln der Ventilöffnung, die zum Auslaßventil 7 entgegengesetzt liegen, eingeführt wird. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform die vom Einlaßventil 6 einströmen de Frischluft durch die Frischluft-Leitwände 41 b und 41 c so gelenkt, daß sie längs der Innenwand des Zylinders abwärts strömt. Folglich strömt bei dieser Ausführungsform, wenn die Einlaßventile 6 offen sind, ein großer Teil der Frischluft zur Bodenfläche des Kolbens 2 längs der Innenwand des Zylin ders wie in Fig. 11 durch den Pfeil U angegeben ist, so daß ein guter Umkehrspülvorgang durchgeführt wird.

Wie durch die Schraffur in Fig. 10 dargestellt ist, sind auch bei dieser Ausführungsform die Abschirmwände 41 a und die Ventilsitze 9 für die Einlaßventile 6 durch die an der Wand des Zylinderkopfes 3 ausgebildete und bearbeitete Aufbau schicht gefertigt. Zusätzlich werden bei dieser Ausführungs form ein Teil des Innenwandteils 3 c, der sich längs der Umfangswand 41 der Vertiefung 40 erstreckt, und ein großer Teil der Frischluft-Leitwände 41 b sowie 41 c durch die Aufbau schicht zusammen mit den Abschirmwänden 41 a und den Ventil sitzen 9 ausgebildet. Folglich wird auch bei dieser Ausfüh rungsform die zwischen dem Ventilsitz 9 und dem Umfangsteil des Einlaßventils, der sich auf der Seite der Auslaßventile befindet, vorhandene Ventilöffnung vollständig durch die Abschirmwand 41 a abgeschirmt.

Wenn die Aufbauschichten 25, 27 und 29 (Fig. 4) aus einem Metallpulver auf Kupferbasis gefertigt werden, so wird der Wärmeübergangskoeffizient der Aufbauschichten 25, 27 und 29 übermäßig hoch. Durch Anordnung des Kühlwasserkanals 50 (s. Fig. 1) kann folglich in diesem Fall die Hitze der Ven tilsitze 9 wie auch die Hitze der Oberfläche der Nase 5 ohne Schwierigkeiten über den Zylinderkopf 3 abgeführt werden. Dadurch ist es möglich, eine übermäßige Erhitzung der Fläche der Nase 5, und zwar insbesondere des Sattels 5 a dieser Nase, zu verhindern. Zusätzlich ist es durch die Ausbildung der Aufbauschicht rund um die Zündkerze 8, wie in Fig. 2 gezeigt ist, möglich, eine übermäßige Erhitzung der Zündkerze zu verhindern. Des weiteren besteht bei der Ausführungsform von Fig. 9 und 10 die Möglichkeit, das Verbindungsstück zwi schen dem Innenwandteil 3 c und der Umfangswand 41 der Vertie fung, d.h. dem Randbereich, gegen eine übermäßige Erhitzung zu schützen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf den Fall, da die Erfindung auf die Ventilsitze 9 sowie die Abschirmwände 10 und 41 a für die Einlaßventile 6 angewen det wird. Jedoch kann, wenn eine Abschirmwand für das Auslaß ventil 7 vorgesehen wird, die Erfindung ebenfalls auf den Ventilsitz und die Abschirmwand für das Auslaßventil Anwen dung finden. Des weiteren kann der Erfindungsgegenstand bei einem Zweitakt-Dieselmotor, einem Viertakt-Ottomotor und einem Viertakt-Dieselmotor angewendet werden.

Gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit, einen Teil der Ventilöffnung des Einlaßventils und einen Teil der Ventilöff nung des Auslaßventils durch die Abschirmwand vollständig abzuschirmen.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Aus führungsformen, die nur zu Erläuterungszwecken gewählt wurden, beschrieben wurde, so ist klar, daß dem Fachmann bei Kennt nis der vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen nahegelegt sind, die jedoch in den Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

1. Brennkraftmaschine mit einem Motorblock, der einen Zylin derkopf (3) mit einer Innenwand (3 a) aufweist, mit einem im Motorblock hin- und hergehenden Kolben (2), wobei die Zylinderkopf-Innenwand und die Bodenfläche des Kolbens zwischen sich einen Brennraum (4) abgrenzen, und mit an der Zylinderkopf-Innenwand angeordneten Ventileinrichtun gen (6, 7), gekennzeichnet durch eine an der Zylinderkopf- Innenwand (3 a) ausgestaltete Abschirmwand (10, 41 a), die einen Teil einer zwischen einem Ventilsitz (9, 11) und einem Umfangsabschnitt der Ventileinrichtungen gebilde ten Ventilöffnung abschirmt, wobei der Ventilsitz (9, 11) sowie die Abschirmwand aus einer Aufbauschicht (25, 27, 29), die am Zylinderkopf aufgebaut und bearbeitet wird, gefertigt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht (25, 27, 29) aus dem gleichen Metall material wie der Zylinderkopf (3) besteht.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht und der Zylinderkopf aus einer Aluminium legierung gefertigt sind.

4. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht (25, 27, 29) aus einem zum Material des Zylinderkopfes (3) unterschiedlichen Material gefertigt ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht aus einem Material auf Kupferbasis be steht.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Kupfer basierende Material Nickel, Eisen und Phosphor enthält.

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht (25, 27, 29) aus einem Metallpulver ge bildet ist, das zuerst durch hohe Energie (23) geschmolzen und nach seiner Verfestigung maschinell bearbeitet wird.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Energie (23) ein Laserstrahl ist.

9. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilsitz (9) bildende Aufbauschicht (25) sowie die die Abschirmwand (10, 41 a) bildende Aufbauschicht (27, 29) einstückig ausgestaltet und miteinander verbun den sind.

10. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen wenigstens ein Einlaßventil (6) sowie wenigstens ein Auslaßventil (7) umfassen und daß die Abschirmwand (10, 41 a) zwischen dem Ein- sowie Auslaß ventil angeordnet ist und eine zwischen dem Ventilsitz (9) sowie dem Umfangsabschnitt des Einlaßventils (6) auf der Seite des Auslaßventils (7) befindliche Öffnung über die gesamte Öffnungszeit des Einlaßventils abschirmt.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (10, 41 a) nahe dem auf der Seite des Auslaßventils (7) befindlichen Umfangsabschnitt des Einlaßventils (6) angeordnet ist und sich abwärts zum Kolben (2) hin bis zu einer Stelle erstreckt, die tiefer liegt als das Einlaßventil (6) in seiner maximalen Hublage.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmwand (10, 41 a) in einem Bogen längs des Um fangsabschnitts des Einlaßventils (6) verläuft.

13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschirmwand (10, 41 a) längs annähernd eines Drittels des Umfangsabschnitts des Einlaßventils (6) er streckt.

14. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (3 a) des Zylinderkopfes (3) mit einer von dieser Wand abwärts zum Kolben (2) hin vorspringenden Nase (5) versehen ist, die zwischen dem Ein- sowie Auslaß ventil (6, 7) längs der Zylinderkopf-Innenwand (3 a) ver läuft, und daß die Abschirmwand (10) an dieser Nase (5) ausgebildet ist.

15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht (10) an einem großen Teil der Nase (5) ausgebildet ist.

16. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (7) mit Abstand zur Nase (5) angeordnet ist.

17. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der Zylinderkopf-Innenwand (3 a) eine Vertiefung (40) ausgebildet ist, die ein außerhalb der Vertiefung befind liches, im wesentlichen ebenes Innenwandteil (3 c), eine Bodenwand (3 b) sowie eine Umfangswand (41), welche zwi schen dem Innenwandteil (3 c) sowie der Bodenwand (3 b) angeordnet ist, umfaßt, daß das Einlaßventil (6) an der Bodenwand (3 b) sowie das Auslaßventil (7) am Innenwand teil (3 c) angeordnet sind und daß die Abschirmwand (41 a) an der Umfangswand (41) ausgebildet ist.

18. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht an einem großen Teil der Umfangswand (41) ausgestaltet ist.

19. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauschicht an der Umfangswand (41) sowie dem Innen wandteil (3 c) ausgebildet ist und sich längs eines Verbin dungsteils der Umfangswand sowie des Innenwandteils er streckt.

20. Maschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umfangswand (41) der Vertiefung (40) zwischen einander entgegengesetzten Enden der umlaufenden Innen wand des Zylinderkopfes (3) erstreckt und ein Teil der Umfangswand (41) der Vertiefung (40) neben der Abschirm wand (41 a) eine zum Kolben (2) hin abwärts gerichtete Frischluft-Leitwand (41 b, 41 c) bildet.

21. Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen zwei Einlaßventile (6) einschlie ßen und die Frischluft-Leitwand eine erste, zwischen den beiden Einlaßventilen angeordnete Leitwand (41 b) sowie zweite, zwischen der umlaufenden Innenwand des Zylinder kopfes (3) sowie den Einlaßventilen angeordnete Leitwän de (41 c) umfaßt.

22. Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitwand (41 b) und die zweiten Leitwände (41 c) in im wesentlichen derselben Ebene liegen, welche sich im wesentlichen parallel zu einer durch die Einlaßventile verlaufenden Linie erstreckt.

23. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil (7) früher als das Einlaßventil (6) öffnet und früher als das Einlaßventil schließt.

24. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (3) mit einer darin ausgebildeten Ansaug öffnung (12), in welcher eine Kraftstoff-Einspritzdüse (17) angeordnet ist, versehen ist.

25. Maschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (17) den Kraftstoff zu einem Teil (18) der Rückfläche des Körpers des Einlaßventils (6), welcher Teil sich auf der zur Abschirmwand (10, 41 a) gegenüberlie genden Seite befindet, hin einspritzt.

26. Maschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffstrahl nadelartig ausgebildet ist und einen kleinen Ausbreitungswinkel hat.

27. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen zwei Einlaßventile (6) umfassen und die Abschirmwand (10, 41 a) für jedes Einlaßventil vorgesehen ist.

28. Maschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an der Innenwand (3 a) des Zylinderkopfes (3) angeordnete Zündkerze (8), um die herum die Aufbauschicht an der Zy linder-Innenwand (3 a) ausgebildet ist.