DE4001819C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete ventilgesteu
erte Brennkraftmaschine mit einem im wesentlichen kreis
förmigen Brennraum mit einem Auslaßventil und zwei Ein
laßventilen, wobei jeweils annähernd zwischen einem Ein
laßventil und dem Auslaßventil eine Zündkerze angeordnet
ist. Ein ähnlicher Brennraum - allerdings mit drei Ein
laßventilen - einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 37
24 495 A1 bekannt. Ein generelles Ziel bei der Entwick
lung von Brennräumen ventilgesteuerter Brennkraftmaschi
nen ist es, einerseits eine möglichst große Menge brenn
baren Gemisches in den Brennraum gelangen zu lassen und
andererseits eine optimale Verbrennung sowohl im Hinblick
auf die Energieumsetzung als auch auf die Abgasemissionen
sicherzustellen. Durch Vorsehen von mehr als einem Ein
laßventil sowie von mehr als einer Zündkerze können diese
Anforderungen zumindest theoretisch erfüllt werden. Den
noch sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausbildun
gen möglich, von denen neben der oben genannten Schrift
weitere in der DE 29 42 033 A1 gezeigt sind. Untersuchun
gen haben gezeigt, daß jedoch weitere Verbesserungen im
Hinblick auf die Verbrennung und die damit zusammenhän
genden Größen (beispielsweise Energieumsetzung, Emissio
nen, Standfestigkeit) wünschenswert sind. Insbesondere
bei Magerbetrieb können die bekannten Brennräume beste
hende Anforderungen kaum erfüllen. Aufgabe der Erfindung
ist es daher, für eine Brennkraftmaschine nach dem Ober
begriff des Anspruches 1 eine weiter verbesserte Anordnung
von Zündkerzen und Ventilen anzugeben. Zur Lösung dieser
Aufgabe ist vorgesehen, daß annähernd zwischen den beiden
Einlaßventilen eine dritte Zündkerze angeordnet ist. Im
Gegensatz zu den bekannten Anordnungen und insbesondere
auch im Gegensatz zur bisher üblichen mittigen
Zündkerzenanordnung kann somit die von den Zündker
zen ausgehende Flamme besser insbesondere in die durch
die Einlaßventile eingezogenen, spitzen Brennraumzonen
gelangen. Ferner sind alle Zündkerzen mehr oder weniger
nahe der Einlaßventile und somit in relativ kalten
Brennraumzonen angeordnet. Gewährleistet ist ein siche
res Entzünden des Magergemisches in den relativ kalten
Brennraumzonen durch die Bildung stabiler Flammenkerne
an diesen Stellen aufgrund hoher Zündenergie und einem
zusätzlichen Anstieg der Gemischtemperatur zur Zeit der
Zündung, da diese während der Kompressionsphase erfolgt.
Ebenso erfolgt die anschließende Verbrennung in den
kritischen, kältesten und geometrisch eingezogenen
Brennraumzonen zum Zeitpunkt höchster Gemischtempera
turen und Drücke (OT-Bereich). Es ergibt sich somit eine
erzwungene Verbrennung des Gemisches insbesondere in den
Brennraumrandzonen, in denen bei üblichen Brennkraft
maschinen ein selbsttätiges Erlöschen der Flamme er
folgt, wodurch eine Herabsetzung der Kohlenwasser
stoff-Rohemissionen erreicht wird. Auch eine magere
Brennraumladung wird schnell und nahezu vollständig
durchbrennen, insbesondere durch eine Kombination mit
den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4, da die symmetrische
Mehrfachzündung in Verbindung mit Gemischerwärmung durch
Verdichtung eine anfänglich ansteigende Brenngeschwin
digkeit sicherstellt. Gegen Ende der Verbrennung erfolgt
ein zusätzliches Aufheizen des Restgemisches am bzw. an
den heißen Auslaßventil(en), wodurch ein größerer Abfall
der Brenngeschwindigkeit vermieden wird.
Besonders vorteilhaft ist es, die Zündkerzen im Brenn
raum-Randbereich anzuordnen, da hierdurch der Brenn
raummittenbereich sowie der Bereich der bzw. des Aus
laßventile(s) intensivst gekühlt werden kann. Dies
ermöglicht wegen der geringeren Klopfneigung ein höheres
Verdichtungsverhältnis und führt über zeitliche Ver
gleichmäßigung der Energieumsetzung, insbesondere aber
auch über Erniedrigung der maximalen Verbrennungstem
peraturen zu einer Reduzierung der Stickoxyd-Emissionen.
Weiterhin gelangen hierdurch die Flammen nochmals besser
in die einzelnen Brennraum-Randzonen, insbesondere in
den Ventilbereichen. Insbesondere bei höheren Gemisch-
Abmagerungsraten werden die bei üblichen Brennräumen mit
nahezu mittig angeordneter Zündkerze auftretenden
Nachteile hiermit vermieden. Diese Nachteile resultieren
bei mittiger Zündung aus einer in Richtung auf den
Brennraumrandbereich abnehmenden Brenngeschwindigkeit
durch mit Flammenfortschritt zunehmenden Wärmeverluste
sowie durch einen expansionsbedingten Abfall der Rest
gastemperatur. Als Folgewirkungen genannt werden können
hierfür eine schlechte Energieumsetzung sowie hohe
Schadstoffemissionen. Diese Nachteile werden mit einer
erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine vermieden.
Die Ansprüche 5 und 6 geben eine im wesentlichen symme
trische Anordnung der Ventile und Zündkerzen an, die
beste Ergebnisse erwarten läßt. Anspruch 7 hingegen
nennt eine konstruktiv vorteilhafte Ausführungsform für
eine mehrzylindrige Reihenbrennkraftmaschine.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Erfindungs
wesentlich können dabei alle näher bezeichneten Merkmale
sein. Es zeigt
Fig. 1 in einer Prinzipskizze eine senkrechte
Projektion auf einen Brennraum der Brenn
kraftmaschine,
Fig. 2 einen Zylinderkopf-Schnitt einer konstruktiv
ausgeführten Brennkraftmaschine, sowie
Fig. 3 die senkrechte Projektion auf den Zylinder
kopf aus Fig. 2.
In einen Brennraum 40 einer Brennkraftmaschine münden
zwei Einlaßkanäle 4a, 4b, die wie üblich durch Einlaß
ventile 6a, 6b verschließbar sind. Ferner mündet in den
Brennraum 40 ein Auslaßkanal 5. In den Brennraum ragen
drei Zündkerzen 3a, 3b, 3c hinein. Alle Zündkerzen
befinden sich im Randbereich des Brennraumes 40, wobei
die Zündkerze 3c zwischen den beiden Einlaßventilen 6a,
6b angeordnet ist, während sich die Zündkerzen 3a bzw.
3b jeweils zwischen einem Einlaßventil (6a bzw. 6b) und
dem Auslaßventil 7 befinden. Diese Anordnung ist mit den
eingangs genannten Vorteilen verbunden.
Die Fig. 2 und 3 zeigen einen konstruktiv ausgeführten
Zylinderkopf einer entsprechenden Brennkraftmaschine. Im
wesentlichen kommen hierbei gängige Konstruktionsele
mente bzw. Konstruktionsprinzipien zum Einsatz. Die
folgende Bezugszeichenliste enthält dabei die wesent
lichsten Elemente:
1 Zylinderkopf
2 Kolben
3 Zündkerze
4 Einlaßkanal
5 Auslaßkanal
6 Einlaßventil
7 Auslaßventil
8 Nockenwelle
9 Schlepphebel des Einlaßventiles
10 Schlepphebel des Auslaßventiles
11 Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement
12 Ruhende Hochspannungsverteilung einer einlaßseiti gen Zündkerze
13 Ruhende Hochspannungsverteilung zweier benachbarter auslaßseitiger Zündkerzen
14 Zylinderkopf-Haube
15 Flansch eines Ansaugkrümmers
16 Flansch eines Abgaskrümmers
17 Zylinderkopf-Schraube
18 Sitzring des Einlaßventiles
19 Sitzring des Auslaßventiles
20 Federteller oben des Einlaßventiles
21 Federteller oben des Auslaßventiles
22 Federteller unten für die Ventilfeder des Einlaß ventiles
23 Federteller unten für die Ventilfeder des Auslaß ventiles
24 Ventilführung des Einlaßventiles
25 Ventilführung des Auslaßventiles
26 Ventilschaftdichtung des Einlaßventiles
27 Ventilschaftdichtung des Auslaßventiles
28 Ölabscheider der Kurbelgehäuse-Entlüftung
29 Nockenwellen-Lagerbügel
30 Zylinderkopf-Dichtung
31 Abgaskrümmer-Dichtung
32 Metallische Zündspulenabdeckung
33 Zündspulenabdeckung - einlaßseitig
34 Zündspulenabdeckung - auslaßseitig
35 Druckölversorgungskanal
36 Ölrücklauflängsbohrung
2 Kolben
3 Zündkerze
4 Einlaßkanal
5 Auslaßkanal
6 Einlaßventil
7 Auslaßventil
8 Nockenwelle
9 Schlepphebel des Einlaßventiles
10 Schlepphebel des Auslaßventiles
11 Hydraulisches Ventilspiel-Ausgleichselement
12 Ruhende Hochspannungsverteilung einer einlaßseiti gen Zündkerze
13 Ruhende Hochspannungsverteilung zweier benachbarter auslaßseitiger Zündkerzen
14 Zylinderkopf-Haube
15 Flansch eines Ansaugkrümmers
16 Flansch eines Abgaskrümmers
17 Zylinderkopf-Schraube
18 Sitzring des Einlaßventiles
19 Sitzring des Auslaßventiles
20 Federteller oben des Einlaßventiles
21 Federteller oben des Auslaßventiles
22 Federteller unten für die Ventilfeder des Einlaß ventiles
23 Federteller unten für die Ventilfeder des Auslaß ventiles
24 Ventilführung des Einlaßventiles
25 Ventilführung des Auslaßventiles
26 Ventilschaftdichtung des Einlaßventiles
27 Ventilschaftdichtung des Auslaßventiles
28 Ölabscheider der Kurbelgehäuse-Entlüftung
29 Nockenwellen-Lagerbügel
30 Zylinderkopf-Dichtung
31 Abgaskrümmer-Dichtung
32 Metallische Zündspulenabdeckung
33 Zündspulenabdeckung - einlaßseitig
34 Zündspulenabdeckung - auslaßseitig
35 Druckölversorgungskanal
36 Ölrücklauflängsbohrung
Der gezeigte Zylinderkopf zeichnet sich durch eine
äußerst kompakte Bauweise aus. Durch Fehlen der die
Ventiltellergrößen einschränkenden Mittenkerze sind
größte Ein- und Auslaßventile realisierbar.
Der sehr kleine Ventilwinkel (<10°) ermöglicht eine
besonders vorteilhafte Brennraumform, welche in Ver
bindung mit einem günstigen flachen Kolbenboden folgende
Merkmale aufweist:
- a) ausreichende Brennraumhöhen in den Zündkerzen und Brennraummittenbereichen, welche eine ungehinderte Flammenausbreitung sicherstellen
- b) keine Ventiltaschen im Kolben, auch bei für Otto- Motoren sehr hohem Verdichtungsverhältnis von etwa 15 bei über Kolben gesteuerten variablen Verdich tungsverhältnissen und ausreichend großen Ventil hüben
- c) durch Nichtvorhandensein von Ventiltaschen sind auch mit bis zum Brennraumrand ragenden Ventil tellern kleinste Spalthöhen zwischen Kolbenboden und erstem Kolbenring realisierbar, wodurch eine zusätzliche Reduktion der HC-Rohemissionen erreicht wird.
Die gespreizten Einlaßkanäle und die Auslaßkanäle
ergeben ausreichende kleinste Strömungsquerschnitte.
Durch das jeweilige Aneinanderfügen der Einlaßkanäle
zweier benachbarter Zylinder am Eintrittsflansch kann
der Zylinderkopf mit einer sehr einfachen differenzier
ten Sauganlage, welche nur vier Drehmomentäste und drei
Leistungsäste erfordert, betrieben werden. Die Geometrie
der Ventilsteuerungsorgane ermöglicht die Verwendung
einer Nockenwelle, bei der die Einlaßnocken deutlich
größere Grundkreisdurchmesser besitzen als die Auslaß
nocken. Somit können die Einlaßventile aufgrund der
geringeren Flächenpressungen zwischen Nocken und
Schlepphebelgleitstein mit sehr hohen Beschleunigungen
geöffnet und geschlossen werden, wodurch hohen Zylinder
füllungen erreicht werden.
Bei ausreichender Größe der Einlaß- und Auslaßkanäle
sowie unter Gewährleistung hinreichend großer Räume für
Kühlmittel sind unter optimaler Brennraumgestaltung drei
Ventile sowie drei Zündkerzen je Brennraum unterge
bracht. Vorteilhafterweise können die Zündkerzen neben
den Auslaßventilen jeweils von zwei nebeneinanderlie
genden Zylindern einer Reihen-Brennkraftmaschine in
einem gemeinsamen Kerzenschacht zusammengefaßt werden.
Ebenso ist es möglich, mittels einer einzigen Nocken
welle alle Ventile einer Zylinderreihe zu betätigen.
Insbesondere kann eine derartige Brennkraftmaschine auch
ohne gezielte Turbulenzmaßnahmen mit homogenen Mager
gemischen betrieben werden.
Claims (7)
1. Fremdgezündete ventilgesteuerte Brennkraftmaschine
mit einem im wesentlichen kreisförmigen Brennraum
(40) mit einem Auslaßventil (7) und zwei Einlaßven
tilen (6a, 6b), wobei jeweils annähernd zwischen
einem Einlaßventil (6a, 6b) und dem Auslaßventil (7)
eine Zündkerze (3a, 3b) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß annähernd zwischen den
beiden Einlaßventilen (6a, 6b) eine dritte Zündkerze
(3c) angeordnet ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die drei Zündkerzen (3a,
3b, 3c) im Brennraum-Randbereich angeordnet sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchbruchzündung
zum Einsatz kommt.
4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis
3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung aller
Zündkerzen im wesentlichen gleichzeitig erfolgt.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer senkrechten
Projektion das Auslaßventil (7) und eine Zündkerze
(3c) auf einer im wesentlichen den Brennraum (40)
halbierenden Geraden liegen.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer senkrechten
Projektion eine von den brennraumseitigen Enden der
jeweils zwischen einem Einlaßventil (6a, 6b) und
dem Auslaßventil (7) liegenden Zündkerzen (3a, 3b)
beschriebene Gerade im wesentlichen senkrecht steht
auf der im wesentlichen den Brennraum (40) halbie
renden, durch das Auslaßventil (7) verlaufenden
Geraden.
7. Mehrzylindrige Reihen-Brennkraftmaschine nach einem
der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte neben
einanderliegender Zündkerzen zweier Zylinder
zusammengefaßt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4001819A DE4001819A1 (de) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Fremdgezuendete ventilgesteuerte brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4001819A DE4001819A1 (de) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Fremdgezuendete ventilgesteuerte brennkraftmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4001819A1 DE4001819A1 (de) | 1991-07-25 |
DE4001819C2 true DE4001819C2 (de) | 1993-07-22 |
Family
ID=6398567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4001819A Granted DE4001819A1 (de) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Fremdgezuendete ventilgesteuerte brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4001819A1 (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4229008A1 (de) * | 1991-08-30 | 1993-03-04 | Mazda Motor | Zuendeinrichtung fuer eine brennkraftmaschine |
US5501191A (en) * | 1992-12-23 | 1996-03-26 | Feuling; James J. | Combustion chamber system having an improved valve arrangement |
US5313921A (en) * | 1992-12-23 | 1994-05-24 | Feuling James J | High efficiency combustion chamber system |
DE10344215A1 (de) * | 2003-09-22 | 2005-04-14 | Thomas Wank | Fremdgezündete Brennkraftmaschine |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2942033A1 (de) * | 1979-10-17 | 1981-05-07 | Honda Giken Kogyo K.K., Tokyo | Brennkraftmaschine |
DE3724495A1 (de) * | 1987-07-24 | 1989-02-02 | Audi Ag | Ventilgesteuerte, fremdgezuendete viertakt-hubkolbenbrennkraftmaschine |
-
1990
- 1990-01-23 DE DE4001819A patent/DE4001819A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4001819A1 (de) | 1991-07-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
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