DE69516389T2

DE69516389T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69516389T2
Application number: DE69516389T
Authority: DE
Inventors: Yoshikawa Masaaki
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-01-24
Filing date: 1995-01-24
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2015-01-25
Also published as: DE69516389D1; EP0723071B1; EP0723071A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderblock, der mindestens eine Zylinderbohrung enthält, einem Kolben, der derart in der Zylinderbohrung angeordnet ist, daß er eine Auf- und Abbewegung durchführen kann, einem Zylinderkopf, der an dem Zylinderblock befestigt ist und die Zylinderbohrung abschließt, wobei der Kolben und der Zylinderkopf jeweils eine Brennkammeroberfläche aufweisen, die zusammen eine Brennkammer bestimmen, und mit einer Ansaugrohranordnung und eine Abgaskrümmeranordnung mit drei Einlaßventilen und zwei Auslaßventilen für eine Brennkammer, wobei die Brennkammeroberflächen des Zylinderkopfes und des Kolbens im wesentlichen konkav ausgebildet sind, um so eine linsenförmige Brennkammer festzulegen, wenn der Kolben an seiner oberen Totpunktposition ist, wobei die Brennkammeroberfläche des Kolbens einen zentralen konkaven Bereich aufweist, der zum Teil die linsenförmige Brennkammer festlegt und angrenzend an den zentralen konkaven Bereich einen ringförmigen flachen Abschnitt aufweist, und wobei erste Quetschwirbelzonen durch einen äußeren Randabschnitt der Brennkammeroberfläche des Zylinderkopfes zwischen der Oberfläche der Zylinderbohrung und den Einlaßventilen ausgebildet sind und sich teilweise zwischen einem Zentraleinlaßventil und den jeweiligen Seiteneinlaßventilen erstrecken.
Die Verwendung mehrerer Einlaßventile für Brennkraftmaschinen als Hilfsmittel zur Steigerung der Motorleistung ist gut bekannt. Obwohl Motoren mit vier Ventilen pro Zylinder (davon zwei Einlaßventile pro Zylinder) gebräuchlich sind, ist es von Vorteil, drei Einlaßventile und zwei Auslaßventile, also insgesamt fünf Ventile pro Zylinder zu benutzen. Wenn jedoch fünf Ventile pro Zylinder benutzt werden, ist es schwierig, kleine Brennkammeroberflächen und hohe Verdichtungsverhältnisse beizubehalten. Der Grund dafür liegt darin, daß einerseits die Ventilanordnung und andererseits die Notwendigkeit, den Zylinderkopf freizuhalten und gleichzeitig die erforderliche Ventilöffnung zu gestatten, die Schwierigkeiten erhöht, die kleinen Brennkammeroberflächen und -Volumen zu erreichen, die notwendig sind, um eine hohe Leistung und hohe Verdichtungsverhältnisse zu bewirken. Wie in dem US Patent 4,666,529 von Yamaha, das am 28. April 1927 erteilt und am 7. Januar 1992 als RE 33 787 erneut erteilt wurde, gezeigt ist, ist es möglich, durch die Anordnung der Einlaßventile, wie es in diesem Patent generell dargestellt ist, hohe Verdichtungsraten zu erhalten und dabei weiterhin fünf Ventile pro Zylinder zu benutzen.
Wenn viele Ventile Verwendung finden, ist es üblich, ein Paar von Ventilen vorzusehen, die verbundene Kanäle versorgen, welche auf einer Seite einer Ebene angeordnet sind, die die Achse der Zylinderbohrung enthält, und wobei die Ventile sich entlang von Bewegungsachsen hin und her bewegen, die in einem spitzen Winkel zu der Ebene angeordnet sind. Um die Höhe der Ventilanhebung zu erhöhen ohne das Verdichtungsverhältnis dabei zu verringern, ist es ebenso üblich, die Ventilschafte und die zugeordneten Kanäle gegenüber einer Ebene, die senkrecht zu der zuerst genannten Ebene liegt und die ebenfalls durch die Achse der Zylinderbohrung geht, zu neigen. Die Ventile sind gegenüber dieser Ebene in gegenüberliegenden spitzen Winkeln angeordnet. Wenn die Ventile als Einlaßventile fungieren, neigt der Luftstrom, der in die Brennkammer durch die einzelnen Ventile einströmt, als Ergebnis dieser Konstruktion dazu, sich in der Zylinderbohrung mit dem jeweils anderen zu kreuzen. Dies hat gewisse Nachteile. Insbesondere ist es nicht immer möglich, die erwünschte Strömungskonfiguration in der Zylinderbohrung vorzusehen und störende Turbulenzen können auftreten.
Die Verwendung zweier Einlaßventile, die wie im vorstehenden Abschnitt beschrieben angeordnet sind, wird auch im Zusammenhang mit Motoren verwendet, die drei Einlaßventile pro Zylinder besitzen. Die zwei Ventile in der beschriebenen Anordnung bilden Seiteneinlaßventile und ein mittleres Einlaßventil ist zwischen diesen beiden Seiteneinlaßventilen und näher zum äußeren Rand der Zylinderbohrung hin auf der Seite, die der ersten Ebene gegenüberliegt, angeordnet. Wiederum kann dies zu einem unerwünschten Luftfluß in der Brennkammer führen und insbesondere Turbulenzen oder Störungen in den Luftströmen der einzelnen Einlaßventilen als Ergebnis haben.
Wenn in einem Motor viele Ventile pro Zylinder benutzt werden, neigt die Konstruktion des Zylinderkopfes und des Ventiltriebes dazu, ziemlich schwierig zu werden. Dies kann darüber hinaus andere Probleme hervorrufen, wie beispielsweise Probleme mit der richtigen Anordnung der Zylinderkopfschrauben, die den Zylinderkopf am Zylinderblock festhalten.
Damit ist gemeint, daß es wünschenswert ist, grundsätzlich gleiche Abstände zwischen den Zylinderkopfschrauben um die Zylinderbohrung herum vorzusehen und bei einer Anordnung vieler Ventile kann dies durchaus schwierig sein.
Die Ventile werden normalerweise durch einen oder immer öfter durch zwei obenliegende Nockenwellen getrieben. Diese Nockenwellen können direkt in dem Zylinderkopf gelagert sein oder in Bauteilen, die einen Abschnitt der Zylinderkopfanordnung bilden. Dies macht es erforderlich, zusätzliche Lagerkappen vorzusehen, wobei jedoch auch die Lageranordnung und die Niederhalteschrauben für die Lagerkappen mit den Zylinderkopfschrauben selbst in Konflikt geraten oder diese verdecken können.
Aufgrund der erwähnten Probleme im Zusammenhang mit der Komplexität einer Vielzahl von Ventilen bei Zylinderköpfen mit obenliegenden Nockenwellen war es manchmal üblich, eine Zylinderanordnung zu benutzen, die aus einer Vielzahl von Gußteilen, die aneinander befestigt sind, zu verwenden. Jedoch, wenn die Anzahl der Teile steigt, wächst die Verschraubungsanordnung sowie die Maschine selbst, und die Herstellungskosten des Zylinderkopfes steigen.
Ein Beispiel für eine Fünfzylinder-Brennkraftmaschine der oben genannten Art ist in der europäischen Patentanmeldung 0 611 883 A1 veröffentlicht.
Weitere Tests mit Brennkraftmaschinen, die fünf Zylinder pro Brennkammer aufweisen, haben gezeigt, daß das Problem, daß die Motoren besonders bei hohen Geschwindigkeiten zum Klopfen neigen, weiterbesteht, selbst wenn erste Quetschwirbelzonen in der Brennkammer vorgesehen werden, wie in der EP 0 611 883 A1 dargestellt wird, hauptsächlich deshalb, weil das Verdichtungsverhältnis erhöht ist.
Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Brennkraftmaschine vorzustellen, die insbesondere eine verbesserte Brennkammeranordnung aufweist, die die Klopftendenz verringert und gleichzeitig das Verdichtungsverhältnis erhöht.
Die Aufgabe ist für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß:
ein getrennter zweiter Quetschwirbelbereich durch einen Randkantenabschnitt der Brennkammeroberfläche des Zylinderkopfes nahe der Oberfläche der Zylinderbohrung zwischen den Auslaßventilen auf einer Zylinderseite ausgebildet ist, die den ersten Quetschwirbelbereichen gegenüberliegt, und daß der Kolben mit einer Vielzahl von Aussparungen versehen ist, die in seiner Brennkammeroberfläche ausgebildet sind, wobei eine große Aussparung dem Kopfabschnitt des mittleren Einlaßventils gegenüberliegt, und ein Paar zweier flacherer Aussparungen den Kopfabschnitten der angrenzenden Seiteneinlaßventilen gegenüberliegt und zwei noch schmalere Aussparungen den Kopfabschnitten der zwei Auslaßventilen gegenüberliegt, um Raum für die Ventile zu schaffen und zusätzlich die beiden Quetschwirbelströme der Einlaßseite und der Auslaßseite auszugleichen.
Zwar ist aus der EP 0 334 598 A2 eine Brennkraftmaschine für Vierventilmotoren bekannt, bei der die Kolbenoberseite mit Aussparungen versehen ist, die gegenüber den Ventilkopfabschnitten angeordnet sind, um ein Überschneiden zwischen den Ventilen und der Kolbenoberseite zu vermeiden, jedoch kann dieses Wissen nicht einfach auf fünf Ventilmotoren übertragen werden, da deren Konstruktion keinen symmetrischen Gasfluß erlaubt, wie dies bei Vierventilmotoren der Fall ist.
Die Erfindung betreffend, da der zweite Quetschwirbelbereich, der zwischen den Auslaßventilöffnungen angeordnet ist, in seiner Größe viel kleiner ist als die ersten Quetschwirbelbereiche, die diesem gegenüber zwischen den Einlaßventilöffnungen innerhalb des Zylinderkopfes angeordnet sind, sind der Gasfluß und die Turbulenz, die durch diese Quetschwirbelbereiche erzeugt werden, nicht ausgeglichen, und demzufolge tritt die Turbulenz innerhalb der gesamten Brennkammer nicht gleichmäßig auf. Während die Aussparungen, die den Seiteneinlaßventilen entsprechen, und die Aussparungen, die den Auslaßventilen entsprechen, keine direkte Beziehungen zu den Quetschwirbelbereichen besitzen und hauptsächlich ausgebildet sind, um eine Überschneidung zwischen den Ventilen und der Kolbenoberfläche zu vermeiden, besitzt die große Aussparung eine andere Aufgabe: Der Ventilkopf des mittleren Einlaßventils ist näher an der oberen Oberfläche des Kolbens als die Ventilköpfe der Seiteneinlaßventile. Demzufolge, falls keine extrem große Aussparung vorgesehen wäre, würde der Bereich zwischen dem mittleren Einlaßventil und der Kolbenoberfläche als ein zusätzlicher Quetschwirbelbereich agieren und den Gasfluß in einer unerwünschten Art und Weise stark beeinflussen. Dies jedoch würde die Klopfneigung verstärken. Indem jedoch eine so große Aussparung in der Kolbenoberfläche vorgesehen ist, ist der jeweilige Teil des Quetschwirbelbereiches auf der Einlaßseite der Brennkraftmaschine stark verringert. Als Konsequenz daraus sind nun die Gasströme zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite im Gleichgewicht, da die einander entsprechenden Quetschwirbelbereiche aneinander angepaßt sind. Die Klopfneigung ist dadurch erheblich reduziert und sogar das Verdichtungsverhältnis ist weiter gesteigert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Im folgenden wird die Erfindung detaillierter durch bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung dargestellt und erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils einer Brennkraftmaschine, die entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist, entlang der Linie I-I von Fig. 3 und im wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors,
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zu der in Fig. 1 dargestellten Ebene liegt,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Zylinderkopf, wobei die Nockenwellen, die Ventilstößel, die Ventile und weitere Bauelemente nicht gezeigt sind, um die Konstruktion zu verdeutlichen,
Fig. 4 eine Ansicht des Zylinderkopfes von der Unterseite her, die die Ventilanordnung zeigt, wobei die Gaskanäle strichpunktiert dargestellt sind,
Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht des Zylinderkopfes, die die Anordnung auf seiner Oberseite zeigt,
Fig. 6 eine Ansicht, die die Anordnung der Einlaßöffnungen der Einlaßkanäle zeigt, und im wesentlichen in der Richtung des Pfeiles 6 in Fig. 1 und 9 aufgenommen ist,
Fig. 7 eine Ansicht, die teilweise der Fig. 6 ähnlich ist, und eine weitere alternative Ausführungsform für die Einlaßöffnung der Einlaßkanäle darstellt,
Fig. 8 eine Ansicht des Zylinderkopfes von unten her, die die Anordnung der Ventile und der korrespondierenden Kanäle zeigt,
Fig. 9 eine Querschnittsansicht durch einen Teil einer Brennkraftmaschine ähnlich der Fig. 1, entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 eine vergrößerte Querschnittsansicht durch einen Kolben der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 9,
Fig. 11 eine Draufsicht, die die Anordnung des Kolbenkopfes von Fig. 10 zeigt,
Fig. 12 einen teilweise schematischen Querschnitt durch einen Teil einer Brennkraftmaschine, die entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konstruiert und betrieben wird,
Fig. 13 eine vergrößerte Draufsicht, bei der gewisse Abschnitte weggelassen wurden und die einen Ventilverstellmechanismus der Ausführungsform gemäß Fig. 12 zeigt,
Fig. 14 ein Ablaufdiagramm, das die jeweilige Abfolge des Öffnens und Schließens der Ein- und Auslaßventile bei minimaler Überlappung darstellt,
Fig. 15 ein Ablaufdiagramm ähnlich der Fig. 14, das die jeweilige Abfolge des Öffnens und Schließen der Ein- und Auslaßventile bei mittlerer Überlappung darstellt,
Fig. 16 ein Ablaufdiagramm ähnlich der Fig. 14 und 15, das die jeweilige Abfolge des Öffnens und Schließen der Ein- und Auslaßventile bei einem Zustand maximaler Überlappung darstellt,
Fig. 17 ein Felddiagramm, das die Abfolgeverzögerung des Einlaßventils relativ zur Motorgeschwindigkeit und zur Motorlast oder Abgabeleistung in BMEP- Werten ausdruckt, entsprechend einer Steuerroutine der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform,
Fig. 18 ein Blockdiagramm, das darstellt, wie die Abfolgekontrolle im Zusammenhang mit der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform beeinflußt wird,
Fig. 19 eine teilweise schematische, teilweise Querschnittsansicht, die teilweise ähnlich zu Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt,
Fig. 20 ein Blockdiagramm, das die Steuerroutine der in Fig. 19 dargestellten Ausführungsform zeigt, und
Fig. 21 eine perspektivische Darstellung eines Nockenwellenantriebs, der im Zusammenhang mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung detailliert eine Brennkraftmaschine entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wie sie teilweise in den Figuren dargestellt und grundsätzlich durch das Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf einen einzelnen Zylinder des Motors 11 beschrieben, und es ist für einen Durchschnittsfachmann jederzeit erkennbar, wie die Erfindung für Motoren mit mehreren Zylindern in unterschiedlichen Konfigurationen (wie beispielsweise Reihenmotoren, Motoren in V-Anordnung und anderen) eingesetzt werden kann. Da sich die Erfindung vorrangig mit der Brennkammer, mit dem Einlaßsystem und der Ventilanordnung, die im Zylinderkopf untergebracht sind, beschäftigt, wurde nur der obere Teil des Motors 11 dargestellt. Nicht dargestellte Baugruppen des Motors oder nicht beschriebene mögen als herkömmlich bekannt gelten.
Der Motor 11 umfaßt einen Zylinderblock 12, der aus einem geeigneten Material hergestellt ist, und eine Zylinderbohrung 13, die darin ausgebildet ist. In der Zylinderbohrung 13 ist gleitbar ein Kolben 14 aufgenommen, in dessen oberen Ende eine napfförmige Ausnehmung 15 ausgebildet ist. Die napfförmige Ausnehmung 15 besitzt grundsätzlich die Form eines Kugelsegmentes mit einem abgeflachten Bodenabschnitt im jeweiligen Zentrum der napfförmigen Ausnehmung und des Kolbens, wie in Fig. 1 dargestellt. Demzufolge bildet der Kolben einen Teil der Brennkammer, die im oberen Totpunkt des Kolbens die Form einer optischen Linse besitzt (linsenförmig), wie im folgenden beschrieben wird:
Der Kolben 14 ist mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle verbunden, die für eine Drehbewegung in bekannter Weise innerhalb einer am Ende des Zylinderblocks 12 ausgebildeten Kurbelwellenkammer gelagert ist und sich um die Drehachse 16 dreht. Die Anordnung der Drehachse 16 ist in den Fig. 1 und 2 etwas verkürzt zur Verdeutlichung eines Prinzips der Erfindung dargestellt, wie im folgenden beschrieben werden soll:
Der Motor 11 ist wassergekühlt, und zu diesem Zweck ist der Zylinderblock 12 mit einem (nicht gezeigten) Kühlmantel versehen, durch den ein flüssiges Kühlmittel in bekannter Art und Weise zirkuliert.
Ein Zylinderkopf, der grundsätzlich mit dem Bezugszeichen 17 bezeichnet ist, ist in einer Art und Weise, wie im folgenden beschrieben wird, an dem Zylinderblock 12 befestigt. Dieser Zylinderkopf 17 hat eine untere Dichtoberfläche 18, die dichtend mit einer (nicht gezeigten) Zylinderkopfdichtung verbunden ist, welche zwischen der Zylinderkopfoberfläche 18 und einer oberen Deckfläche 19 des Zylinderblocks 12 angeordnet ist. Die untere Zylinderkopfoberfläche ist mit einer Nische 21 ausgebildet, die durch die Dichtoberfläche 18 begrenzt wird und die mit dem Kopf des Kolbens 14 und der Zylinderbohrung 13 zusammenwirkt, um die Brennkammer des Motors zu formen, deren Volumen sich zyklisch mit der Auf- und Abbewegung des Kolbens 14 in der Zylinderbohrung 13 verändert. Die Nische 21, die in der unteren Zylinderkopfoberfläche ausgebildet ist, besitzt im wesentlichen die Form eines Kugelsegmentes ähnlich der konkaven napfförmigen Ausnehmung im Kolben 14. Demzufolge bilden die Nische 21 und die napfförmige Ausnehmung 15 des Kolbens eine Linsenform, wenn sich der Kolben an seinem oberen Totpunkt befindet. Diese Form der Brennkammer verringert die Klopfempfindlichkeit.
Die Zylinderbohrung 13 hat eine Achse B, und diese Achse befindet sich in einer Ebene A, die sich senkrecht zur Ebene der Fig. 1 erstreckt und die den Zylinderkopf 11 allgemein in eine Einlaßseite unterteilt, die auf der linken Seite von Fig. 1 dargestellt ist, und in eine Auslaßseite, die auf der rechten Seite von Fig. 1 gezeigt ist. Die Drehachse der Kurbelwelle 16 liegt ebenfalls in dieser Ebene. Drei Einlaßventilsitze, hierunter ein mittlerer Ventilsitz 22 und ein Paar von seitlichen Ventilsitzen 23 und 24 sind an dem Zylinderkopf 17 in der Brennkammernische 21 in geeigneter Weise angebracht, wie beispielsweise durch Einpressen von Einsätzen. Diese Ventilsitze 22, 23 und 24 sind jeweils am Ende der Einlaßkanäle 25, 26 und 27 ausgebildet, die im Zylinderkopf 17 auf seiner Einlaßseite ausgeformt sind. Diese Kanäle vereinigen sich in einen gemeinsamen Einlaßkanal 28, der auf der Außenseite 29 des Zylinderkopfes 17 ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform ist die Öffnung des Einlaßkanals in der Oberfläche 29 oval, aber wie im folgenden beschrieben wird, sind andere Formen denkbar. Eine geeignete Luftladung und Treibstoffladung wird in die Einlaßkanäle 25, 26 und 27 von einem (nicht gezeigten) Einlaßsystem, wenn gewünscht, eingebracht. Dieses Einlaßsystem kann jeder bekannten Art entsprechen.
Drei Tellerventile, darunter ein mittleres Einlaßventil 31 und ein Paar seitlicher Einlaßventile 32 und 33 wirken mit den Ventilsitzen 22, 23 und 24 zusammen, um so den Durchfluß zu kontrollieren. Diese Tellerventile 31, 32 und 33 haben jeweils Kopfabschnitte 34, 35 und 36, die mit den Ventilsitzen 22, 23 und 24 in bekannte Weise zusammenarbeiten.
Jeder der Tellerventile 34, 35 und 36 umfaßt einen Schaftabschnitt 37, der zur Durchführung einer Auf- und Abbewegung in dem Zylinderkopf 17 durch eine eingepreßte oder eingegossene Ventilführung 38 gelagert ist. Die oberen Enden der Ventilschafte 37 besitzen an ihnen befestigte Rückhalteanordnungen 39, um so jeweils ein Ende einer Springfederanordnung 41 in Eingriff mit dem Ventilschaft 37 zu halten. Die gegenüberliegenden Enden der Feder 41 sind gegen bearbeitete Oberflächen 42 des Zylinderkopfes 17 gelagert, um so die Einlaßventile 31, 32 und 33 in ihre geschlossene Position zu drücken, wie es allgemein bekannt ist.
Weiterhin ist zu bemerken, daß die Bewegungsachse B-1 des mittleren Einlaßventils 31 im wesentlichen in einem spitzen Winkel, zu der die Achse B der Zylinderbohrung enthaltenen Ebene A und im wesentlichen in einer zur Ebene A senkrechten Ebene C, die außerdem die Achse B der Zylinderbohrung enthält, liegt. Demzufolge befindet sich das mittlere Einlaßventil 31 tatsächlich in der Mitte des Randes der Zylinderbohrung 13, jedoch wegen eines Grundes, der im folgenden beschrieben wird, nach innen hiervon versetzt.
Die seitlichen Einlaßventile 32 und 33 haben ihre Bewegungsachsen B-2 in einer gemeinsamen Ebene, die in einem größeren spitzen Winkel zur Ebene A, welche die Achse B der Zylinderbohrung enthält. Diese Achsen auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene C angeordnet. Die Achsen B-2 sind auch in spitzen Winkeln Θ gegenüber der Ebene C, welche die Achse B der Zylinderbohrung enthält, angeordnet, so daß sie sich an einem Punkt E schneiden, der unterhalb des Kopfabschnittes 15 des Kolbens 14 in seinem unteren Totpunkt liegt, wie in den Figuren dargestellt ist und der gegenüber der Kurbelwellenachse 16 versetzt ist.
Dies bedeutet, daß die Einlaßladungen, die in die Brennkammer von den jeweiligen Einlaßkanälen 26 und 27 strömen, einander nicht kreuzen. Als Ergebnis kann diese Ladung derart in die Brennkammer geleitet werden, daß ein leichter Taumelvorgang erzeugt wird. Falls dieser Taumelvorgang vergrößert werden soll, kann ein Taumelkontrollventil einer der in dem US Patent 5,359,972 von Joshiharo Isaka mit der Bezeichnung "Taumelkontrollventil für Einlaßbohrungen" gezeigten Art, das dem Inhaber des vorliegenden Patentes übertragen wurde, vorgesehen werden. Als Alternative können auch andere Formen von Taumelkontrollventilen für diesen Zweck eingesetzt werden.
Weiterhin ist zu bemerken, daß die Einlaßkanäle 25, 26 und 27 einen abwärts geneigten Abschnitt aufweisen, der einen gebogenen Abschnitt schneidet, welcher seine jeweilige Achse mit den jeweiligen Achsen B-1 und B-2 der Ventilschafte 37 der jeweiligen Ventile 31, 32 und 33 ausgerichtet hat. In einer speziellen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Winkel φ ungefähr 2º (zwei Grad). Jedoch hängt die Wahl dieses Winkels von den übrigen geometrischen Beziehungen des Motors ab, um sicherzustellen, daß der Punkt E unterhalb der unteren Totpunktlage des Kolbens zur Drehachse 16 der Kurbelwelle hin zu liegen kommt, um so das zuvor genannte Ergebnis zu erhalten.
Wie in Fig. 4 erkennbar ist, befindet sich der Ventilsitz 22 des mittleren Einlaßventils in einem geringeren Abstand zur Öffnung 43, die der Aufnahme einer Zündkerze dient und mittig in der Brennkammer ausgebildet ist, wobei ihre Achse C-1 auf der Ebene C geringfügig versetzt von der Achse B der Zylinderbohrung angeordnet ist, als ein entsprechender Abstand b von den seitlichen Einlaßventilsitzen 23 und 24. Dies gestattet die Ausbildung eines Quetschwirbelbereiches 44 im äußeren Ende des Zylinderkopfes, was ermöglicht, daß große Quetschwirbelbereiche 45 auf den Seiten zwischen dem mittleren Einlaßventil 22 und den seitlichen Einlaßventilen 23 und 24 gebildet werden können, um so einen größeren Quetschwirbelvorgang hervorzurufen und die Turbulenz zu verbessern, was wiederum zu einer Verbesserung der Verbrennung und des Betriebes bei geringen Geschwindigkeiten führt. Dieses Versetzen des mittleren Einlaßventils zur Achse B der Zylinderbohrung hin erlaubt auch, zusätzlich zum Quetschwirbelvorgang, ein reduziertes Brennkammervolumen und, demzufolge ein höheres Verdichtungsverhältnis.
Fingerhutartige Ventilstößel 46 sind gleitend in Bohrungen 47 gelagert, welche integral in dem Zylinderkopf 17 ausgebildet sind, und deren Achsen sich im allgemeinen parallel zu den Achsen der jeweiligen Ventilschafte 37 der Einlaßventile 31, 32 und 33 erstrecken. Da die seitlichen Einlaßventile 32 und 33 gegenüber der Ebene C geneigt angeordnet sind, können die Bohrungen 47 beabstandet voneinander liegen, ohne einander zu schneiden. Dies ermöglicht es also auch, daß diese Bohrungen eher leicht in dem Zylinderkopf 17 ausgebildet werden können als in einem getrennten Nockenträgerteil, das an dem Zylinderkopf 17 befestigt ist, wodurch der Bearbeitungsvorgang für den Zylinderkopf vereinfacht wird.
Eine Einlaßnockenwelle 48 ist drehbar um eine Achse E innerhalb des Zylinderkopfes 17 in einer noch zu beschreibenden Art und Weise drehbar gelagert und weist Nocken 49 auf, die mit den fingerhutartigen Ventilstößeln 47 zusammenwirken, um diese und die Einlaßventile 31, 32 und 33 in bekannter Art und Weise zu betreiben. Es ist noch zu erwähnen, daß die gemeinsame Ebene, die die Achsen D-2 der seitlichen Einlaßventile 32 und 33 enthält und eine Ebene, die die Achse B-1 der Auf- und Abbewegung des mittleren Einlaßventils 31 enthält, sich an dem Punkt E schneiden, der mit der Drehachse der Einlaßnockenwelle 48 zusammenfällt. Auch sollte noch erwähnt werden, daß dieser Punkt E vom Rand der Zylinderbohrung 13, wie in Fig. 1 dargestellt, nach innen versetzt angeordnet ist. Die Vorteile dieser Konstruktion werden nachfolgend beschrieben.
Die Einlaßnockenwelle 48 wird mit halber Kurbelwellengeschwindigkeit von der Kurbelwelle durch eine geeignete Vorrichtung angetrieben, welche eine variable Steuerzeiteinrichtung umfassen kann, wie sie beispielsweise in Yamahas offengelegter Anmeldung mit der Anmeldenummer 08/138034, die am 15. Oktober 1993 angemeldet wurde und den Titel "Variable Ventilsteueranordnung für Brennkraftmaschinen" trägt, dargestellt ist.
Wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 12 beschrieben, kann die Steuertaktik zum Verstellen der Einlaßventilzeitpunkte von einem Optimum für einen gegebenen Laufzustand als Reaktion auf ein erkanntes Klopfen oder einem beginnenden Klopfzustand verändert werden, um so den klopffreien Lauf des Motors weiter zu verbessern. Wie bereits zuvor bemerkt, tragen die Gestaltung der Brennkammer, der Einlaßkanäle und des erreichten Taumelvorgangs alle dazu bei, daß der Motor eine geringe Klopfneigung aufweist. Diese Leistung kann noch weiter verbessert werden, wenn die variable Ventilsteueranordnung benutzt wird, wie sie in der mit der angemeldeten Veröffentlichung der Nr. 138034 beschrieben ist.
Auch wenn die Achse B-1 des mittleren Einlaßventils 31 in der Ebene C liegt, ist die Mitte D-2 des zugehörigen Nockens 49 zu einer Seite hin um den Abstand b-2 versetzt, wobei diese Versetzung, wie in Fig. 2 dargestellt, zum Einlaßventil 32 hin gerichtet ist. Diese geringe Versetzung bewirkt einen Dreheffekt auf den Ventilstößel 46, der ihn zu einer Drehung bewegt, und somit die Abnutzung an beiden, am Ventilstößel 46 sowie auch an der Zylinderkopfbohrung 47 und dem Einlaßventil 31 minimiert.
Da die Köpfe der Ventilstößel 46, die mit den seitlichen Einlaßventilen 32 und 33 verbunden sind, einen kleinen Winkel besitzen, mögen die Nocken 49, die mit den Ventilstößeln, die die seitlichen Ventile betätigen, zusammenwirken, leicht angeschrägt sein, um so die Abnutzung zu minimieren. Zusätzlich sind die Mitten dieser Nocken D-1 und D-3 um die Abstände b-1 und b-3 von den Mitten der Ventilstößel 46 versetzt, um so einen Dreheffekt auf diese Ventilstößel aus dem gleichen Grund auszuüben.
Die Einlaßnockenwelle 48 ist mit einem Paar von Lagerflächen 51 versehen, die zwischen dem Nocken 49 zum Bedienen des mittleren Einlaßventils 31 und den Nocken 49, 49 die jeweils die seitlichen Ventile 32 und 33 bedienen, angeordnet sind. Diese Lagerflächen sind jeweils in Lagerschalen 52 gehaltert, welche direkt in der Oberfläche des Zylinderkopfes 17 eingeformt sind. Lagerkappen, wie sie in Fig. 3 strichliert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 53 bezeichnet sind, sind an dem Zylinderkopf 17 mit gezahnten Befestigungselementen, die durch Löcher 54 befestigt, welche in dem Zylinderkopf 17 an Stellen zwischen den Nocken 49 ausgebildet sind. Wiederum können diese Lagerschalen 52 direkt in dem Zylinderkopf 17 ausgebildet sein, und somit die getrennte Nockenlagerkonstruktion, wie sie bei anderen Motortypen mit fünf Ventilen pro Zylinder benutzt werden, vermeiden.
Ein Paar von Auslaßventilsitzen 55 ist in den Zylinderkopf 17 der Seite der Ebene A eingepreßt, die gegenüber der Einlaßseite liegt. Es sollte noch erwähnt werden, daß die Ventilsitze 55 von der Ebene A versetzt sind, welche die Achse B der Zylinderbohrung enthält, wohingegen diese Ebene Einlaßventilsitze 23 und 24 leicht durchschneidet. Dieses Versetzen erlaubt tendentiell ein höheres Verdichtungsverhältnis und ein verringertes Brennkammervolumen, so daß die Quetschfläche kleiner ist. Die Auslaßventilsitze 55 sind am Ende der jeweiligen Auslaßkanäle 56 und 57 ausgebildet, welche auf dieser Seite des Zylinderkopfes liegen, und siamesischen Zwillingen gleich, miteinander verwachsen, um sodann eine gemeinsame Auslaßöffnung 58 an einer äußeren Oberfläche 59 des Zylinderkopfes 17 zu bilden.
Es dürfte erkennbar sein, daß die Auslaßventilsitze 55 zwischen ihnen und der äußeren Kante der Zylinderbohrung 13 eine weitere Quetschwirbelzone 60 bilden, die gegenüber den Quetschwirbelbereichen 44 und 45 auf der Einlaßseite angeordnet sind, aber so angelegt sind, daß der Quetschwirbeleffekt nicht in direkter Opposition zu dem Hauptquetschwirbelvorgang liegt, der durch die Bereiche 44 und 45 verursacht wird und somit die Turbulenz in der Brennkammer und die Flammenausbreitung weiter verbessert.
Tellerartige Auslaßventile 61 besitzen Kopfabschnitte 62, die mit den Ventilsitzen 55 zum Öffnen und Schließen dieser zusammenwirken. Diese Auslaßventile haben Ventilabschnitte 63, welche in Ventilführungen 38 gehaltert sind, die wiederum in die Zylinderkopfanordnung 17 eingepreßt oder auf andere Weise in dieser fixiert sind und die die Achsen der Auf- und Abbewegung der Auslaßventile 61 definieren. Diese Achsen liegen in einer gemeinsamen Ebene, die um einen spitzen Winkel gegenüber der Ebene A, die die Achse B der Zylinderbohrung enthält, geneigt ist, wobei dieser spitze Winkel kleiner ist als der spitze Winkel der seitlichen Einlaßventile 32 und 33 und größer ist als der des mittleren Einlaßventils 31.
Spiraldruckfedern 64 umgeben die Auslaßventilschafte 63 und sind zwischen Rückhalteanordnungen 65 und an dem Zylinderkopf ausgearbeiteten Oberflächen 42 gelagert, um die Auslaßventile 31 zu ihrer geschlossenen Stellung hin zu drücken.
Fingerhutartige Ventilstößel 66 sind gleitbar in Bohrungen 67, welche direkt in dem Zylinderkopf 17 ausgebildet sind, gelagert und mit den Auslaßventilen 61 verbunden, um diese zu öffnen. Diese fingerhutartigen Ventilstößel 66 werden durch eine Auslaßnockenwelle 68 betrieben, die drehbar um eine Achse F, welche parallel zur Achse E der Einlaßnockenwelle 48 ist, aber welche um einen größeren Abstand von der Achse B der Zylinderbohrung beabstandet ist als die Achse E. Nocken 69 auf der Nockenwelle 68 stehen mit den fingerhutartigen Ventilstößeln 66 zu deren Betätigung in bekannter Weise in Eingriff.
Die Auslaßnockenwelle 68 wird in bekannter Weise angetrieben und ist mit Lagerflächen versehen, welche zwischen den Nocken 69 angeordnet sind. Diese Lagerflächen sind drehbar in Lagerflächen 71, welche in dem Zylinderkopf 17 ausgeformt sind, gelagert. An diesen Lagerflächen 71 werden Lagerkappen, wie in Fig. 3 durch strichlierten Linien 72 dargestellt, mit Hilfe von Gewindebolzen, die in dem Zylinderkopf 17 ausgebildete Öffnungen 73 geführt werden, befestigt.
Es wurde bereits dargelegt, daß der Zylinderkopf 17 an dem Zylinderblock 12 befestigt ist, und im folgenden wird die Art und Weise unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 beschrieben, in der dies geschieht.
Wie dargestellt, ist ein Paar von Löchern 74 in dem Zylinderkopf 17 unterhalb der Auslaßnockenwelle 68 auf der Auslaßseite des Motors ausgebildet, welche Gewindebolzen 75 aufnehmen, mit dem Zweck, den Zylinderkopf auf dem Zylinderblock herunterzuhalten. In ähnlicher Weise ist ein Paar von Herabhalteöffnungen 76 auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes ausgebildet, und diese Löcher 76 sind in demselben Abstand von der Achse B der Zylinderbohrung angeordnet wie die Löcher 74 auf der Auslaßseite. Dies ist möglich, da die Achse E der Einlaßnockenwelle innerhalb davon angeordnet ist und demzufolge die Gewindebefestigungsbolzen 77 beliebig in die Löcher 76 zum Zweck des Niederhaltens eingefügt werden können, ohne daß es nötig wäre, die Einlaßnockenwelle 48 zu entfernen und wobei ein gleichbleibender Abstand beibehalten werden kann. Es sollte noch bemerkt werden, daß die Niederhaltelöcher 76 im Prinzip parallel und in gleichbleibendem Abstand von der Ebene A ausgebildet sind wie die Lagerkappenlöcher 54, um so die Fertigung zu vereinfachen.
Um ein hohes Verdichtungsverhältnis des Motors zu ermöglichen und weiterhin eine größtmögliche Ventilanhebung zu gestatten, ist der Kopf des Kolbens 14 mit einer Vielzahl von Aussparungen, wie in Fig. 5 dargestellt, versehen, um so Platz für die jeweiligen Ventile zu schaffen. Diese Aussparungen umfassen eine relativ große Aussparung 77, um das zentrale Einlaßventil 34 frei zu halten und ein Paar niedrigere Aussparungen 78, um die Köpfe der seitlichen Einlaßventile 35 und 36 frei zu halten. In ähnlicher Weise ist die gegenüberliegende Seite des Kolbenkopfes mit ein Paar von Aussparungen 79 versehen, um so die Auslaßventile 62, 62 frei zu halten. Diese Aussparungen 77, 78 und 79 erstrecken sich teilweise in dem Bereich der napfförmigen Ausnehmungen 15.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage versehen, die ein Einspritzventil besitzt, welches in dem Zylinderkopf 17 angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Einspritzventil derart ausgeführt, daß es Treibstoff direkt in die Einlaßkanäle 25, 26 und 27 in Richtung der jeweiligen Ventile einspritzen kann.
Als Alternative kann das Einspritzventil auch so ausgeführt sein, daß es nur zu einem Ventil, entweder zum mittleren Einlaßventil oder zu einem der seitlichen Einlaßventile hin sprüht.
In der Ausführungsform, die bisher beschrieben wurde, besitzt die Öffnung durch die Oberfläche 29 des Zylinderkopfes des Einlaßkanales 28 ein ovale Gestalt. Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Öffnung eine krummlinige Form aufweist, um so mit der allgemeinen Anordnung der Kanalabschnitte 25, 26 und 27 zusammenzupassen, wie in dieser Figur dargestellt ist.
Wie aus der bisherigen Beschreibung ersichtlich ist, erlaubt die beschriebene Konstruktion eine kompakte Brennkammer, um so ein hohes Verdichtungsverhältnis ohne Klopfen und ein sehr effektives Einlaßsystem sowie eine sehr effektive Zylinderkopfanordnung für einen Mehrventilmotor zu erreichen. Das Klopfen kann auch durch die Benutzung einer variablen Einlaßventilsteuerung vermieden oder reduziert werden. Dies kann durch die Verwendung eines einzelnen Zylinderkopfgußteiles erreicht werden, ohne daß eine vielteilige Konstruktion benötigt würde, und erlaubt die Anordnung des Einlaßsystems, so daß das erwünschte Flußmuster in der Brennkammer bei allen Betriebsverhältnissen erreicht werden kann, ohne daß sich die Flüsse von den verschiedenen Einlaßkanälen überkreuzen oder stören. Natürlich kann dieser Vorgang auch unter einigen Betriebsbedingungen durch eine Taumelventilanordnung, wie beschrieben, verstärkt werden.
Fig. 8 zeigt die Struktur und die Anordnung der Einlaß- und Auslaßventile und der Einlaß- und Auslaßkanäle jeweils in größerer Detaillierung. Wie erkennbar, ist der Abstand g größer als der Abstand f zwischen dem mittleren Einlaßventil und den beiden seitlichen Einlaßventilen. Dies ermöglicht es, eine große Wirbelquetschfläche 60 an einem Randbereich des Zylinderkopfes nahe an der Oberfläche der Zylinderbohrung zwischen den Auslaßventilen auszubilden. Weiterhin ist der Abstand f zwischen den seitlichen Einlaßventilen und den Auslaßventilen im wesentlichen der gleiche wie der Abstand f zwischen dem mittleren Einlaßventil und den seitlichen Auslaßventilen.
Im folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 beschrieben. Die Brennkraftmaschine gemäß dieser Ausführungsform besitzt im wesentlichen die gleiche Zylinderkopfstruktur wie die Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben worden ist. Demgemäß wurden die Teile und Abschnitte der Zylinderkopfanordnung, welche den jeweiligen Teilen und Abschnitten der Zylinderkopfanordnung 17 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die Brennkammeranordnung dieser Ausführungsform unterscheidet sich geringfügig von den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, indem die napfförmige Aussparung 15, die in der Brennkammeroberfläche des Kolbens 14 ausgebildet ist, zwar die Form eines Kugelsegmentes mit dem Radius R besitzt, aber nicht die abgeflachte Bodenpartie in der Mitte des Kolbens. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, weist die Brennkammeroberfläche des Kolbens 14 den zentralen konkaven Bereich 15 auf, der die Form des Segmentes einer Kugel mit den Radium R hat, und anschließend daran einen ringförmigen flachen Abschnitt, der diesen zentralen Bereich 15 umschließt, wobei dieser ringförmige flache Abschnitt zusammen mit den jeweiligen Abschnitten der unteren Zylinderkopfoberfläche die besagten Quetschwirbelbereiche bildet. Wie in Fig. 11 gezeigt, weist die Brennkammeroberfläche des Kolbens 14 eine Vielzahl von Aussparungen 77, 78, 79 auf, um so einen Freiraum für die jeweiligen Ventile zu schaffen und das hohe Verdichtungsverhältnis des Motors zu ermöglichen und dabei maximale Ventilhubwege weiterhin beibehalten zu können. Die Aussparungen umfassen eine relativ große Aussparung 77, um Platz für das mittlere Einlaßventil 34 zu schaffen, und ein Paar flachere Aussparungen 78, um Platz für die Köpfe der seitlichen Einlaßventile 35 und 36 zu schaffen. Schließlich ist das Paar von Aussparungen 79 den Auslaßventilen 62 zugeordnet. Diese Aussparungen 77, 78 und 79 erstrecken sich teilweise in dem Bereich der napfförmigen Aussparung 15.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen einer Brennkraftmaschine unter Bezugnahme auf die Fig. 12 bis 21 beschrieben, die im Zusammenhang mit der Erfindung hergestellt und betrieben wird. Da diese Ausführungsformen hauptsächlich die Ventilsteueranordnung der Brennkraftmaschine betreffen, die zur weiteren Verringerung der Klopfwahrscheinlichkeit dient, werden der Kolben und die Zylinderkopfstruktur sowie die Brennkammeranordnung nicht erneut detailliert beschrieben. Jedoch wird festgehalten, daß die Brennkammerstruktur und die Zylinderkopfstruktur insbesondere die Linsenform der Brennkammer, grundsätzlich der entspricht, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 11 beschrieben wurde.
Anfänglich zu der nun folgenden Detailbeschreibung der Ausführungsformen der Fig. 12 bis 17 und der Fig. 12 und 13 wird eine Brennkraftmaschine, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde und betrieben wird, grundsätzlich mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Der Motor 11 ist nur teilweise dargestellt und in Form eines Querschnittes durch einen einzelnen Zylinder, wie in Fig. 12 gezeigt. Die Erfindung betrifft primär die Nockenwelle und die Verstelleinrichtung für den Motor 11 und, abgesehen von diesem Teil der Konstruktion, kann der Motor 11 als ein solcher der zuvor beschriebenen Art und Weise angesehen werden. Selbst wenn der Motor 11 nur durch einen einzelnen Zylinder dargestellt ist, wird davon ausgegangen, daß für den Fachmann offenkundig ist, daß die Erfindung auch auf Motoren mit mehreren Zylindern angewandt werden kann. Auch wenn die beschriebenen Ausführungsformen sich auf Viertaktmotoren beziehen, ist es für den Fachmann offenkundig, wie die Erfindung auch im Zusammenhang mit Zweitaktmotoren ausgeführt werden kann. Die Ausführungsform jedoch hat insbesondere einen Nutzen für Viertaktmotoren, da diese leichter an veränderbare Einstellereignisse anpaßbar sind, wie im folgenden ersichtlich wird.
Der Motor 11 besteht aus einem Zylinderblock 12, der eine oder mehrere Zylinderbohrungen aufweist, die durch Buchsen 13 gebildet werden. Kolben 14 sind gleitbar in den Zylinderbohrungen gehaltert und mittels Pleuelstangen 115 verbunden, um eine (in dieser Ausführungsform nicht gezeigt) Kurbelwelle in gut bekannte Art und Weise anzutreiben. In dem dargestellten Ausführungsformen ist der Motor 11 wassergekühlt, und der Zylinderblock 12 ist mit einem Kühlmantel 116 versehen, durch den Kühlwasser in bekannter Art und Weise zirkuliert. Eine Zylinderkopfanordnung 17 ist an dem Zylinderblock 12 befestigt und weist eine Aussparung 21 auf, die zusammen mit dem Kopf des Kolbens 14 und der Zylinderbohrung 13 die Brennkammer des Motors 11 bildet.
Ebenso sind innerhalb der Zylinderkopfanordnung 17 drei Einlaßventile 31 pro Zylinder und zwei Auslaßventile 61 pro Zylinder montiert. Die Einlaßventile 31 kontrollieren den Fluß einer Lufteinlaßladung in die Brennkammern von Einlaßkanälen 25, die auf einer Seite der Zylinderkopfanordnung 17 ausgebildet sind. Eine Einlaßladung wird durch die Einlaßkanäle 25 durch ein Einlaßsystem angeliefert, wobei das Einlaßsystem eine Luftfilter- und Schalldämpferanordnung 123 umfaßt, die atmosphärische Luft durch einen Lufteinlaß 124 anzieht und diese zu einer Einlaßsammelleitung 125 liefert, in der eine Drosselklappe 126 zur Steuerung der Motorgeschwindigkeit in bekannter Weise vorgesehen ist.
Auslaßkanäle 56 sind in der Seite des Zylinderkopfes 17 ausgebildet, die den Einlaßkanälen 25 gegenüberliegt, und sie führen die verbrannte Ladung von der Brennkammer an den Auslaßventilen 61 vorbei in ein Auslaßsystem, das im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 128 bezeichnet ist, und in dem ein Auspuff oder ein Katalysator oder beide 129 derart angeordnet sind, daß sie die Abgase in die Atmosphäre entlassen.
Die Einlaß- und Auslaßventile 31 und 61 werden durch die jeweiligen Einlaß- und Auslaßnockenwellen 48 und 68 betrieben, die drehbar in der Zylinderkopfanordnung 17 gelagert sind und die ihrerseits auf eine Art und Weise angetrieben werden, wie sie am besten unter Bezugnahme auf Fig. 13 verstanden werden kann.
Wie aus Fig. 13 ersichtlich, ist die Einlaßnockenwelle 48 in der Zylinderkopfanordnung 17 mit Hilfe einer Vielzahl voneinander beabstandeten Lagern 133 gelagert, von denen nur eines in dieser Figur auftaucht. Die Einlaßnockenwelle 48 ist mit drei Nocken 134 versehen, welche die drei Einlaßventile 31, die jedem Zylinder 13 zugeordnet sind, betreibt.
Auf ähnliche Weise ist die Auslaßnockenwelle 68 drehbar in der Zylinderkopfeinheit 17 gelagert mit Hilfe einer Vielzahl voneinander beabstandeten Lagern 135, von denen wiederum nur eine in den Zeichnungen auftaucht. Wie die Einlaßnockenwelle 48, besitzt auch die Auslaßnockenwelle 68 Nocken 136, die mit dem Auslaßventilen 61 zur Beeinflussung ihres Betriebes zusammenwirken. Es sind zwei Auslaßventile pro Zylinder und demzufolge auch zwei Auslaßnocken 136 für jeden Zylinder vorgesehen.
Einlaß- und Auslaßzahnräder 137 und 138 sind mit den Einlaß- und Auslaßnockenwellen 48 und 68 für deren Antrieb mit diesen verbunden. Eine (nicht dargestellte) geeignete Kette ist um die Zahnräder 137 und 138 und um ein Zahnrad, das auf der Kurbelwelle des Motors derart ausgebildet ist, geführt, daß die Zahnräder 137 und 138 mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwellengeschwindigkeit angetrieben werden. Das Zahnrad 138 der Auslaßkurbelwelle ist direkt an der Auslaßkurbelwelle befestigt, wohingegen das Einlaßzahnrad 137 mit der Einlaßnockenwelle 48 über einen veränderbaren Ventiltriebsteuermechanismus, der allgemein durch das Bezugszeichen 139 gekennzeichnet ist, verbunden ist. Der veränderbare Ventiltriebsteuermechanismus 139 kann von jeder bekannten Art sein und bewirkt, daß der Phasenwinkel zwischen dem Zahnrad 137 und der Einlaßnockenwelle 48 zum Verändern der Ventiltriebsteuerung des Öffnens und Schließens der Einlaßventile geändert wird, wie im folgenden beschrieben ist. Dieser veränderbare Ventiltriebsteuermechanismus 139 wird von einer Steuereinrichtung kontrolliert, die allgemein mit dem Bezugszeichen 141 bezeichnet ist, und die ein Steuersignal von einer zentralen Steuereinheit (ECU) erhält und schematisch, wie in den beiden Fig. 12 und 13 dargestellt, mit 142 bezeichnet ist.
Die Fig. 14 bis 16 sind Steuerdiagramme, die das Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile unter drei verschiedenen Verhältnissen zeigen. Fig. 14 zeigt den normalen Betriebszustand bei einer geringen Geschwindigkeit und einer geringen Ausgangsleistung, wobei die Steuerung des Einlaßventilöffnungszeitpunktes so gewählt ist, daß das Einlaßventil 10º vor dem oberen Totpunkt öffnet und ungefähr 60º nach dem oberen Totpunkt schließt. Die Steuerung des Auslaßventils ist unveränderbar, und das Auslaßventil öffnet ungefähr 60º vor dem unteren Totpunkt und schließt ungefähr 5º-10º nach dem oberen Totpunkt. Als Ergebnis ergibt sich eine Überlappung zwischen der Öffnung des Auslaßventils und dem Schließen des Einlaßventils.
Fig. 15 zeigt einen Betriebszustand, bei dem die Öffnung des Einlaßventils teilweise verzögert wird, so daß das Einlaßventil nun bei ungefähr 5º nach dem oberen Totpunkt öffnet und ungefähr 75º nach dem unterem Totpunkt schließt. Die Ansteuerung des Auslaßventils ist nicht verändert und somit ist ersichtlich, daß sich eine größere Überlappung der Öffnung des Auslaßventils und dem Schließen des Einlaßventils bei diesem Betriebszustand ergibt.
Fig. 16 zeigt die maximale Verzögerung des Einlaßventils und auch die maximale Überlappung zwischen der Öffnung des Auslaßventils und dem Schließen des Einlaßventils für einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit. In diesem Fall ist die Öffnung des Einlaßventils bis ungefähr 15º nach dem oberen Totpunkt verzögert. Die Steuertaktik, wie die Verzögerung der Öffnung der Einlaßventile durch die Einlaßnockenwelle 48 gesteuert wird, wird später beschrieben.
Der Motor 11 umfaßt auch eine Zündkerze, die mit dem Bezugszeichen 43 in Fig. 13 beschrieben ist, und die mittig in der Aussparung 21 in dem Zylinderkopf 17 angeordnet ist. Die Zündkerze 43 wird mit Hilfe eines Zündsystems gezündet, das einen Verteiler 144 und eine oder mehrere Zündspulen 145 umfaßt, welche die Zündkerzen 43 unter Beeinflussung der zentralen Steuereinheit 142 gemäß einer geeigneten Vorgehensweise mit einem Zündfunken versorgt.
Weiterhin ist der Motor 11 mit einem Saugrohreinspritzsystem versehen, das Saugrohrkraftstoffeinspritzdüsen 146 umfaßt, die ebenfalls von der zentralen Steuereinheit 142 angesteuert werden und die in die Ansaugrohre 25 Kraftstoff in einer Menge und zu einem Zeitpunkt einspritzen, wie er jeweils benötigt wird.
Eine Anzahl von Sensoren werden für die Steuerung des Motors 11 verwendet, und es ist für den Fachmann offenkundig, daß die Anzahl oder die Art von Sensoren, die verwendet werden, abhängig von der jeweils erwünschten Steuermethode variieren kann. Beispielhaft sind in den Fig. 12 und 13 als Sensoren ein Lufteinlaßtemperatursensor 246 dargestellt, der in der Lufteinlaßvorrichtung 123 angebracht ist und der sein Temperatursignal zur zentralen Steuereinheit 142 übermittelt. Zusätzlich gibt es einen Drosselklappenpositionssensor 147, der mit der Drosselklappe 126 verbunden ist und der ebenfalls ein Signal an die zentrale Steuereinheit 142 ausgibt. Die Drosselklappenposition deutet auf die Motorgeschwindigkeit und/oder Last hin und ebenso auf die Menge der eingesaugten Luft. Natürlich können auch Lufteinlaßmengensensoren jeder bekannten Art Anwendung finden.
Der Motorkühlkörper 116 ist mit einem Kühlflüssigkeitstemperatursensor 148 versehen, der sein Signal der Motorbetriebstemperatur ebenfalls zur zentralen Steuereinheit 142 ausgibt. Ein Klopfsensor 149 kann in dem Zylinderblock 12 oder im Zylinderkopf 17 montiert sein und gibt ebenfalls ein Signal an die zentrale Steuereinheit 142 ab, welches auf die Klopfbedingungen in dem Motor hindeutet. Ein Brennkammerdrucksensor 151 ist in dem Zylinderkopf 17 moniert und fühlt den momentanen Druck in der Brennkammer und gibt ein Signal an die zentrale Steuereinheit 142 ab, die auf diesen Zustand hindeutet.
Es gibt ebenso einen Sauerstoffsensor 152, der im Abgassystem 128 angeordnet ist, und ein Signal an die zentrale Steuereinheit 142 ausgibt, das auf die Fertigkeit des Kraftstoff/Luftgemisches aufgrund der Gegenwart von Sauerstoff im Abgas hindeutet. Eine Abgastemperatursonde 153 kann sich in den Katalysator 129 erstrecken und die zentrale Steuereinheit 142 auch mit einem Abgastemperatursignal versorgen. Zusätzlich kann ein Sensor 154 im Zylinderkopf 17 (wie in Fig. 13 dargestellt) angebracht sein und mit einem Markierungsteil 155, das auf der variablen Ventiltriebverstelleinheit 139 angebracht ist, zusammenwirken, um so eine Anzeige der Nockenwellenpositon und/oder der Kurbelwellenposition sowie der Geschwindigkeit abzugeben.
Die Signale der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast sind in Form eines Diagramms in Fig. 17 dargestellt, wie ihre Ausgabe an die zentrale Steuereinheit 142 angezeigt ist. Es kann ebenso ein Motorgeschwindigkeitssensor vorgesehen sein, wie er schematisch unter dem Bezugszeichen 156 in Fig. 12 dargestellt ist, und welcher ein Signal, das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit hindeutet, an die zentrale Steuereinheit 142 abgibt. Wie bemerkt wurde, können die Sensoren, die bis jetzt beschrieben wurden, als solche angesehen werden, wie sie typischerweise für eine Motorsteuerung Verwendung finden. Die zentrale Steuereinheit 142 ist mit einem Kennfeld (MAP) 157 versehen, in dem eine Vielzahl von Einspritzventilsteuerkennfeldern enthalten sind, wie in Fig. 17 gezeigt, und welche experimentell bestimmt wurden, um so die erwünschte Leistung zu erhalten. In Fig. 17 sind die Kennfelder mit der Motorgeschwindigkeit und der Motorlast oder Ausgabeleistung in der Form von BMEP verbunden. Die Kurvenscharen hängen von verschiedenen aufgezeichneten Parametern ab, je nachdem, aufgrund welcher Steuertaktik, wie beispielsweise Motorgeschwindigkeit BMEP, Atmosphährendruck, Lufteinlaßtemperatur, Motorwassertemperatur usw. die Steuerung vorgenommen werden soll.
Die Einlaßventilsteuerkontrolle aufgrund dieser gegebenen Motorbetriebsbedingungen ist gut bekannt, und jeder Fachmann kann aus jedem geeigneten System auswählen. Jedoch im Zusammenhang mit der Ausführungsform ist ebenso eine Anordnung vorgesehen zum Verringern der Öffnungsverzögerung des Einlaßventils und demzufolge zur Verringerung der Menge der Einlaß- und Auslaßüberschneidung, um so die Wahrscheinlichkeit des Klopfens zu reduzieren und somit Klopfen unter bestimmten Laufbedingungen zu verhindern, insbesondere im Zustand hoher Last und hoher Geschwindigkeit. Eine Steuerroutine, die in Verbindung mit so einer Anordnung verwendet werden kann, ist in Fig. 18 dargestellt, und wird im folgenden unter Bezugnahme auf diese Figur näher beschrieben:
Wenn das Programm beginnt, wird der Schritt S-1 ausgeführt, bei dem die Motor- und Umgebungsbetriebsbedingungen erfaßt werden, indem die Ausgabe der einzelnen Sensoren gelesen wird. Als nächstes führt das Programm sodann den Schritt S-2 durch, um zu bestimmen, um ein Klopfen vorliegt, entweder indem es eine Ausgabe vom Klopfsensor 149 entdeckt oder ob ein Betriebszustand vorliegt, bei dem es wahrscheinlich ist, daß Klopfen auftritt, indem der Brennkammerdruck vom Sensor 151 erfaßt wird. Es wird sodann festgestellt, daß ein Klopfen wahrscheinlich ist, wenn der Brennkammerdruck grö ßer als ein vorbestimmter Druck a ist. Wenn ein Klopfen vorliegt oder die Wahrscheinlichkeit eines Klopfens, führt das Programm dann den Schritt S-3 aus, um somit eine Korrektur bei der Einlaßventilöffnung vorzunehmen, indem ein entsprechender Verzögerungwinkel aufgrund der voreingestellten Informationen, die an die zentrale Steuereinheit 142 für die, anderen aufgespürten Zustände eingegeben wurden, ausgewählt wird.
Wenn es unwahrscheinlich ist, daß ein Zustand des Klopfens auftritt, oder wenn kein Klopfen auftritt, verfährt das Programm weiter vom Schritt S-2 zum S-4, um so aus dem Kennfeld von Fig. 17 (Kennfeld 157) die optimale Einlaßventilsteuerung auszulesen und auch von anderen Kennfeldern die Menge und den Zeitpunkt des Kraftstoffes für die Kraftstoffeinspritzanlage 146 auszulesen sowie den Zeitpunkt an dem die Zündkerzen 53 aufgrund des Schrittes S-5 gezündet werden. Diese Berechnung wird korrigiert werden, falls ein Klopfen festgestellt wurde, oder falls die Wahrscheinlichkeit des Klopfens bei dem Schritt S-3 gegenwärtig war. Das Programm schreitet sodann zum Schritt S-6, um sodann die Steuerung 141 zum Verändern des variablen Ventiltriebsteuermechanismus zu betätigen und die Zeiten der Öffnung der Einlaßventile durch die Einlaßnockenwelle 48 geeignet anzupassen. Sodann wird mit dem Schritt S-7 das Programm wiederholt.
In der Ausführung der Erfindung, wie es soweit beschrieben wurde, ist der Motor 11 ein normal geladener Motor gewesen. Die Erfindung kann jedoch auch in Verbindung mit super geladenen und/oder Turbo-geladenen Motoren benutzt werden, und eine derartige Ausführungsform ist in den Fig. 19 und 20 dargestellt, wobei der Motor im allgemeinen durch das Bezugszeichen Nr. 101 bezeichnet ist. Viele der grundlegenden Teile des Motors 101 und ihre Steuerung sind die gleichen wie die bereits zuvor beschriebenen, und wo dies der Fall ist, wurden diese Komponenten mit demselben Bezugszeichen versehen und werden im folgenden nur dann detailliert beschrieben werden, wenn es notwendig ist, um den Aufbau und den Betrieb dieser Ausführungsform zu verstehen.
Zunächst wird auf Fig. 19 Bezug genommen, in der eine Lufteinlaßvorrichtung 123 dargestellt ist, die atmosphärische Luft durch einen Luftansaugkanal 102 zu einer Kompressorstufe 103 eines Turboladers leitet, der allgemein durch das Bezugszeichen 104 gekennzeichnet ist. Der Turbolader 104 umfaßt eine Turbinenstufe 105, die die Abgase von dem Motor durch den Abgaskrümmer 28 aufnimmt und diese zum Katalysator 129 hin abgibt. Ein Ladedruckkontrolventil 106 ist in einem Bypass-Kanal 107 angeordnet, der sich um die Turbine 105 des Turboladers 104 herum erstreckt, um so den maximalen Ladedruck zu begrenzen. Dies wird mit Hilfe eines Servos 108 bewirkt, der ein Signal des atmosphärischen Luftdrucks von einer Rohrleitung 109 erhält, in dem ein Kontrollventil 211 angeordnet ist und die mit dem Luftzuführrohr 102 in Verbindung steht. Zusätzlich erstreckt sich auch ein Ladedruckrohr 112 zu dem Servo 108. Falls das Kontrollventil 211 in einer geöffneten Stellung steht, wird sich der Ladedruck zurück zum Einlaßsystem hin entlüften, das Steuerventil 106 wird geschlossen und voller Ladedruck wird zur Verfügung stehen. Jedoch wenn der Ladedruck zu stark wird und das Kontrollventil 211 schließt, wird der Druck in dem Servo 108 bewirken, daß das Kontrollventil 106 aufmacht, und der Druck wird an der Turbinenstufe 105 vorbeigeleitet und den Ladedruck begrenzen, wie es hinlänglich bekannt ist.
Der Ladedruck wird auch von einem Drucksensor 213 erfaßt, der stromabwärts von der Drosselklappe 126 angeordnet ist und ein Signal an die zentrale Steuereinheit 142 ausgibt.
Ein Wärmetauscher 214 in einer bekannten Ausführung ist in das System zwischengeschaltet, das die Kompressorstufe 103 des Turboladers 104 mit dem Einlaßrohr 125 verbindet. Der Wärmetauscher kann von jeder bekannten Art sein.
Im Zusammenhang mit einem Merkmal des Motors kann die Höhe des Ladedrucks auch über einen Betriebsartschalter verändert werden, der allgemein durch das Bezugszeichen 215 bezeichnet ist und der mit der zentralen Steuereinheit 142 gekoppelt ist, um das Kontrollventil 211 zu betätigen und so den Ladedruck bei bestimmten Betriebszuständen zu begrenzen. Der Betriebsartschalter 215 kann vom Benutzer bedient werden, um so einerseits einen Sparmodus vorzusehen, wo der Ladedruck begrenzt ist und einen Leistungsmodus, wo der Ladedruck nicht begrenzt ist, wie nun im folgenden im speziellen unter Bezugnahme auf das Betriebsdiagramm, das in Fig. 20 gezeigt ist, beschrieben wird.
Entsprechend der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist auch diese Steuerroutine nur eine von vielen, die verwendet werden können, und es ist auch selbstverständlich, daß die verschiedenen erfaßten Parameter, abhängig davon, welche Steuerroutine erwünscht ist, variieren können. Die Steuerroutine, die in Fig. 20 dargestellt ist, entspricht im allgemeinen der vorher im Zusammenhang mit Fig. 18 beschriebenen Ausführungsform, aber diese Routine wird dennoch in ihrer Gesamtheit beschrieben werden.
Wenn das Programm gestartet ist, beginnt es mit dem Schritt S-101, wobei es alle Sensoren abfragt und den Motorbetriebszustand erfaßt. Das Programm fährt sodann mit dem Schritt S-102 weiter, wobei es den Zustand des Betriebsartschalters 215 einliest, um so festzustellen, ob das System im Sparmodus oder im Leistungsmodus arbeitet. Sodann fährt das Programm mit dem Schritt S-103 fort, um die Kennfelder der jeweiligen Betriebsart einzulesen und festzustellen, ob das System eine Korrektur aufgrund von Klopfen oder des Brennkammerdruckes benötigt, ähnlich wie es im Schritt S-2 der zuvor beschriebenen Ausführungsform erläutert wurde. Hierbei ist festzuhalten, daß der Zustand des Klopfens und der Wahrscheinlichkeit des Klopfens davon abhängt, ob der Betrieb in dem Leistungs- oder in dem Sparmodus durchgeführt wird.
Das Programm führt sodann den Schritt S-104 aus, um festzustellen, ob der Klopfsensor 149 einen Zustand des Klopfens anzeigt oder ob der Drucksensor 151 einen Brennkammerdruck anzeigt, der höher ist als der Druck A, der auf einen Zustand hindeutet, bei dem Klopfen wahrscheinlich ist. Wenn einer der beiden Bedingungen gegeben ist, fährt das Programm mit dem Schritt S-105 fort und führt eine Korrektur in der Einlaßventilöffnung durch, indem es den Öffnungspunkt auf geeignete Art verändert, um so das Klopfen zu vermeiden.
Nach dem Schritt S-104 fährt das Programm mit dem Schritt S-106 fort, liest die geeigneten Kennfelder und führt dann Schritt S-107 aus, wobei die verschiedenen Merkmale der Motorsteuerung berechnet werden, wie beispielsweise die Kraftstoffeinspritzmenge, der Zündzeitpunkt und die normale Einspritzventilsteuerung. Das Programm fährt sodann mit dem Schritt S-108 fort, wobei es den Betrieb all dieser Steuerungen beeinflußt einschließlich des veränderbaren Ventiltriebsteuermechanismus, um ihn so einzustellen, wie zuvor beschrieben wurde. Sodann springt das Programm mit dem Schritt S-109 zurück.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurde jeweils nur die Steuerung der Einlaßnockenwelle 48 verändert, wohingegen die Steuerung der Auslaßnockenwelle unverändert beibehalten wurde. Selbstverständlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit Motoren Verwendung finden, wo sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßnockenwellen 48 und 68 in ihrer Steuerung verändert werden, und Fig. 21 zeigt eine Anordnung, mit der dieses erreicht werden kann. In dieser Figur ist auch die Kurbelwelle des Motors dargestellt und mit dem Bezugszeichen 158 versehen. Die Kurbelwelle 158 weist ein Kurbelwellenzahnrad 159 auf, zum Antrieb entweder einer Kette oder eines Zahnriemens 161. In dieser Ausführungsform wird die Auslaßnockenwelle 68 direkt von der Kurbelwelle 158 mittels eines Zahnrades 162 angetrieben, das drehfest mit der Auslaßnockenwelle 68 verbunden ist. Die Einlaßnockenwelle 48 wird andererseits durch eine zweite Steuerkette 163 angetrieben, die um ein Zahnrad 164 gespannt ist, welches an der Auslaßnockenwelle 48 befestigt ist und um ein Zahnrad 165, welches an der Einlaßnockenwelle 48 befestigt ist. Ein kombinierte Spann- und Einstellvorrichtung 166 ist zwischen den Zahnrädern 164 und 165 eingefügt und derart ausgeführt, daß es nicht nur eine konstante Spannung in der Kette 163 beibehalten kann, sondern auch den Phasenwinkel zwischen dem Zahnrad 164 und 165 verändern kann, um so die Steuerung der Einlaß- und Auslaßnockenwellen 48 und 68 relativ zur Kurbelwelle 158 anzupassen, wie es mit dieser Art von Kettenspanner wohl bekannt ist. Die Steuerlogik kann jedem bekannten Typ entsprechen, wie er vorher beschrieben worden ist.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist offensichtlich, daß die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sehr wirkungsvoll sind, um unter allen Betriebszuständen die jeweils optimalen Motorbetriebsbedingungen vorzusehen und die Ventilverstellung so einzustellen, daß ein Klopfen vermieden oder unterbrochen wird, sobald es auftritt. Es ist selbstverständlich, daß die voranstehende Beschreibung nur die einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ist und daß verschiedene Veränderungen und Abwandungen durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie durch nachstehende Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit

einem Zylinderblock (12), der mindestens eine Zylinderbohrung (13) enthält,

einem Kolben (14), der derart in der Zylinderbohrung (13) angeordnet ist, daß er eine Auf- und Abbewegung durchführen kann,

einem Zylinderkopf (17), der an dem Zylinderblock (12) befestigt ist und die Zylinderbohrung (13) abschließt,

wobei der Kolben (14) und der Zylinderkopf (17) jeweils eine Brennkammeroberfläche aufweisen, die zusammen eine Brennkammer bestimmen, und mit

einer Ansaugrohranordnung (22, 23, 24, 25, 26, 27, 28) und eine Abgaskrümmeranordnung (55, 56, 47, 58) mit drei Einlaßventilen (31, 32, 33) und zwei Auslaßventilen (61, 61) für eine Brennkammer,

wobei die Brennkammeroberflächen des Zylinderkopfes (17) und des Kolbens (14) im wesentlichen konkav ausgebildet sind, um so eine linsenförmige Brennkammer festzulegen, wenn der Kolben (14) an seiner oberen Totpunktposition ist,

wobei die Brennkammeroberfläche des Kolbens (14) einen zentralen konkaven Bereich (15) aufweist, der zum Teil die linsenförmige Brennkammer festlegt und angrenzend an den zentralen konkaven Bereich (15) einen ringförmigen flachen Abschnitt aufweist, und

wobei erste Quetschwirbelzonen (44, 45) durch einen äußeren Randabschnitt der Brennkammeroberfläche des Zylinderkopfes (17) zwischen der Oberfläche der Zylinderbohrung und den Einlaßventilen (31, 32, 33) ausgebildet sind und sich teilweise zwischen einem Zentraleinlaßventil (31) und den jeweiligen Seiteneinlaßventilen (32, 33) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß

ein getrennter zweiter Quetschwirbelbereich (60) durch einen Randkantenabschnitt der Brennkammeroberfläche des Zylinderkopfes (17) nahe der Oberfläche der Zylinderbohrung zwischen den Auslaßventilen (61, 61) auf einer Zylinderseite ausgebildet ist, die den ersten Quetschwirbelbereichen (44, 45)gegenüberliegt, und daß

der Kolben (14) mit einer Vielzahl von Aussparungen (77, 78, 79) versehen ist, die in seiner Brennkammeroberfläche ausgebildet sind, wobei eine große Aussparung (77) dem Kopfabschnitt (34) des mittleren Einlaßventils (31) gegenüberliegt, und ein Paar zweier flacherer Aussparungen (78, 78) den Kopfabschnitten (35, 36) der angrenzenden Seiteneinlaßventilen (32, 33) gegenüberliegt und zwei noch schmalere Aussparungen (79, 79) den Kopfabschnitten der zwei Auslaßventilen (61, 61) gegenüberliegt, um Raum für die Ventile (31, 32, 33, 61, 61) zu schaffen und zusätzlich die beiden Quetschwirbelströme der Einlaßseite und der Auslaßseite auszugleichen.

2. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale konkave Bereich durch eine napfförmige Aussparung (15) gebildet ist, die die Form eines Kugelsegmentes besitzt.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Einlaßventil (31) und die beiden seitlichen Einlaßventile (32, 33) im wesentlichen auf einer ersten Seite einer Ebene (A), die die Achse (B) der Zylinderbohrung enthält, angeordnet sind, wobei die beiden Auslaßventile (61, 61) auf der anderen Seite dieser Ebene (A) angeordnet sind.

4. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Einlaßventil (31) von der Oberfläche der Zylinderbohrung (13) nach innen hin beabstandet ist.

5. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilsitz (22) des mittleren Einlaßventils, der in dem Zylinderkopf (17) ausgebildet ist und mit dem mittleren Einlaßventil (31) zusammenwirkt, in einem geringeren Abstand (a) zu einer Zündkerze (43) angeordnet ist, als die Ventilsitze (23, 24) der seitlichen Einlaßventile, die mit den seitlichen Einlaßventilen (32, 33) zusammenwirken.

6. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zündkerze (43) im Verhältnis zu der Achse (B) der Zylinderbohrung zur Auslaßseite des Zylinderkopfes (17) leicht versetzt angeordnet ist.

7. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Einlaßventile (32, 33) gleitend in dem Zylinderkopf (17) entlang von Achsen (B-2) aufgenommen sind, wobei die Achsen gegenüber einer ersten Ebene (A), welche die Achse (B) der Zylinderbohrung enthält, geneigt sind, und auch gegenüber einer zweiten Ebene (C), die die Achse (B) der Zylinderbohrung enthält und senkrecht zu der ersten Ebene (A) steht, derart, daß die Achsen (B-2) sich in der zweiten Ebene an einem Punkt (E) schneiden, der unterhalb des unteren Totpunktes des Kolbens (14) liegt.

8. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Einlaßventil (31) gleitend in dem Zylinderkopf (17) aufgenommen ist entlang einer Achse (B-1), die gegenüber der ersten Ebene (A) geneigt ist und in der zweiten Ebene (C) liegt.

9. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßventile (31, 32, 33) durch eine Einlaßnockenwelle (48) betätigt werden, die drehbar in dem Zylinderkopf (17) gelagert ist, und daß die Auslaßventile (61, 61) durch eine Auslaßkurbelwelle (68) betätigt werden, die ebenso drehbar in dem Zylinderkopf (17) gelagert ist.

10. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilsteuervorrichtung (139) vorgesehen ist zum Variieren der Steuerzeiten der Einlaßventile (31, 32, 33) und/oder der Auslaßventile (61, 61).

11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (141, 142) für die Steuerung der Ventilsteuervorrichtung (139) in Abhängigkeit der Motorbetriebsbedingungen, die auf ein Klopfen hindeuten, vorgesehen ist, um ein Klopfen auszuschließen, wobei die Steuereinheit (141, 142) mit Sensoreinheiten (149, 151) zum Aufspüren der Motorbetriebsbedingungen, die auf ein Klopfen hindeuten, verbunden ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen einen Klopfsensor (149) für das Aufspüren eines Zustandes gegenwärtigen Klopfens umfaßt, und/oder einen Drucksensor (151) für das Erfassen eines Brennkammerdruckes.

13. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßnockenwelle (48) und die Auslaßnockenwelle (68) mit Lageroberflächen (51) versehen ist, die zwischen den Nocken (49, 69), die dem Betätigen der jeweiligen Ventile (31, 32, 33, 61, 61) dienen, angeordnet sind, und wobei die Lageroberflächen (51) in jeweiligen Lagerflächen (52, 71) gelagert sind, welche in dem Zylinderkopf (17) ausgebildet sind.

14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Lagerkappen (53, 72) den Lagerflächen (52, 71) des Zylinderkopfes (17) zugeordnet sind und mit dem Zylinderkopf (17) mittels zumindest einem Paar von Befestigungsbolzen befestigt sind, wobei ein Befestigungsbolzen auf jeder Seite der jeweiligen Nockenwelle (48, 68) angeordnet ist.

15. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (17) an dem Zylinderblock (12) durch eine Vielzahl von Niederhaltebolzen (75) befestigt ist, wobei zumindest jeweils ein Bolzen (75) auf der Auslaßseite und auf der Einlaßseite des Zylinderkopfes (17) angeordnet ist.

16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Niederhaltebolzen (75) auf der Einlaßseite mit den Befestigungsbolzen der Lagerkappen (53), die relativ zur Einlaßnockenwelle (58) zur Außenseite hin angeordnet sind, ausgerichtet und in demselben Abstand zur ersten Ebene (A) angeordnet ist.

17. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanalanordnung drei Einlaßkanäle (25, 26, 27) umfaßt, die den seitlichen Einlaßventilen (32, 33) und dem mittleren Einlaßventil (31) jeweils zugeordnet sind, wobei die drei Einlaßkanäle (25, 26, 27) nur in einen gemeinsamen Einlaßkanal (25) münden.

18. Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanäle (25, 26, 27) jeweils benachbart zu den Ventilsitzen (22, 23, 24) jeweils einen Endabschnitt aufweisen, wobei sich der Endabschnitt im allgemeinen parallel zu den Achsen (B-1, B-2) der zugeordneten Einlaßventile (31, 32, 33) erstreckt.