AT410005B - Ventilanordnung bei viertaktverbrennungsmotoren und die art der spülung der viertaktmotorenzylinder - Google Patents

Description

AT 410 005 B

Die Erfindung betrifft die Ventilanordnung bei Viertaktverbrennungsmotoren und die Art der Spülung der Viertaktmotorenzylinder.

Die Viertaktverbrennungsmotoren mit den herkömmlichen Ventilsteuerungssystemen mit zwei oder vier (fünf) Ventilen pro Zylinder weisen in unterschiedlichen Umdrehungsbereichen verschiedene Vor- und Nachteile auf.

Allgemein läßt sich sagen, daß ein Motor mit 2 Ventilen pro Zylinder im Bereich bis zirka 3000 1/min, dagegen ein Motor mit 4(5) Ventilen pro Zylinder im Bereich von mehr als zirka 3000 1/ min bessere Leistung erbringt. Dies betrifft insbesondere den Liefergrad.

Außerdem weist ein Motor mit 2 Ventilen pro Zylinder eine bessere Durchflussrate der Ladung in den Zylinder auf als ein Motor mit 4(5) Ventilen pro Zylinder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung für Viertaktmotoren bereitzustellen, bei der keine Nachteile der üblichen Konstruktionslösungen der Ventilsteuerungssysteme auftreten und die zugleich die Vorteile beider Ventilanordnungssysteme, d.h. sowohl eines mit 2 Ventilen pro Zylinder als auch eines mit 4(5) Ventilen pro Zylinder, vereinigt.

Außerdem soll das neue Ventilanordnungssystem eine möglichst leichte Regulierung des Öffnungsbeginns und des Schließendes sowie des Ventilhubes gewährleisten und weiters eine einfache und geschlossene Konstruktion aufweisen.

Die optimale Lösung für eine Ventilanordnung, die alle genannten Bedingungen erfüllt, ist eine Ventilanordnung mit einem Tellerventil pro Zylinder. Und das sowohl unter Berücksichtigung der Konstruktion, Technologie, Regulierung als auch der Eigenschaften der modernen Materialien (Silizium-Nitrid für Hauptventil und Titan für Seitenventile).

Die Antriebs- und Steuerungsmechanismen für Ventile können eine konventionelle Konstruktion und Bauweise aufweisen, mit Ausnahme der Nockenwelle (andere Form der Nocken) bzw. des Antriebs und der Steuerung der Seitenventile, falls dafür elektrische Einrichtungen vorgesehen sind.

Die Erfindung ist in Form von Ausführungsbeispielen auf einer Zeichnung dargestellt und dabei wird gezeigt: Fig. 1 - schematisch ein Fragment des Kopfes und des Zylinders eines Viertaktsmotors in Querschnitt mit erfindungsgemäßer Ventilanordnung,

Fig.2 - ein Fragment des Kopfes mit dem in ihm befindlichen Hauptkanal und den Seitenkanälen sowie Fragmenten der so genannten gemeinsamen Kammer im ersten Ausführungsbeispiel, Fig.2A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.2,

Fig.2B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.2,

Fig.3 - ein Fragment des Kopfes mit dem in ihm befindlichen Hauptkanal und den Seitenkanälen sowie einem Fragment der s.g. gemeinsamen Kammer im zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig.3A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.3,

Fig.3B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.3,

Fig.4 - ein Fragment des Kopfes mit dem in ihm befindlichen Hauptkanal und den Seitenkanälen sowie einem Fragment der s.g. gemeinsamen Kammer im dritten Ausführungsbeispiel,

Fig.4A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.4,

Fig.4B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.4,

Fig.5 - ein Fragment des Seitenventils,

Fig.6 - Hauptkanal und teilweise die gemeinsame Kammer mit Hauptventil und Trennwand, im Querschnitt, erfindungsgemäße Ventilanordnung,

Fig.6A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.6,

Fig.6B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.6,

Fig.7A, 7B, 7C, 7D und 7E - schematische Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in ihrer ersten Ausführungsvariante;

Fig.8A, 8B, 8C, 8D und 8E - schematische Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in ihrer zweiten Ausführungsvariante.

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung bilden zwei Ausführungsvarianten. In der ersten Ausführungsvariante der Erfindung stellt der Zentralkanal ZK den Auslaßkanal A dar und die Seitenkanäle SK1 und SK2 stellen die Einlaßkanäle dar. Dagegen stellt in der zweiten Ausführungsvariante der Zentralkanal ZK den Einlaßkanal und die Seitenkanäle SK1 und SK2 die Auslaßkanäle A dar. Die Fig.1 zeigt schematisch ein Fragment des Kopfes 1 des Viertaktverbrennungsmotors, verbunden mit dem Zylinder 2, in welchem sich der Kolben 3 befindet (gezeigt im oberen Totpunkt OT). 2

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Der Hauptkanal HK verbindet den Zylinder 2 mit der gemeinsamen Kammer GK. Im Hauptkanal HK wurde die Trennwand 10 und der in der Ventilführung 5 geführte Schaft 4 des Hauptventils angebracht. Die oberhalb des Zylinders 2 befindliche gemeinsame Kammer GK ist sowohl mit dem Zentralkanal ZK als auch mit den Seitenkanälen SK1 und SK2 verbunden. In der gemeinsamen Kammer GK sind die als Klappenventile ausgeführten Seitenventile 8 und 9, befestigt auf den Achsen 6 und 7, angebracht, was ihre Funktionalität und einfache Konstruktion sichert. Die Seitenventile 8 und 9 sind auf einer Seite (sitzflächeseitig) mit einem Spezialausschnitt SA versehen, wie das die Fig.5 zeigt. Dieser Ausschnitt ermöglicht es, daß die Ventilführung 5 des Hauptventils 4 bzw. sein Schaft eng umfaßt sind bzw. daß sie eng aneinander bzw. an der Trennwand 10 anlie-gen.

Die Konstruktion der Seitenventile muß eine entsprechende Dichtheit gegenüber den Wänden der gemeinsamen Kammer GK, der Ventildichtfläche und der Ventilführung 5 des Hauptventils 4 bzw. seines Schaftes gewährleisten. Um diese Anforderungen günstig zu erfüllen, muß die Höhe "h" der Seitenventilsitzfläche SVSFK im Kopf größer als die Tiefe "a" des Spezialausschnittes SA in den Seitenventilen 8 und 9 sein. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, kann man dann ein günstiges Ergebnis erreichen, wenn die Unterwände UWSK1 und UWSK2 der Seitenkanäle an den Verbindungsstellen mit der gemeinsamen Kammer GK dermaßen geformt sind, daß die Seitenventile 8 und 9 die Seitenkanäle SK1 und SK2 dicht schließen können. In diesem Fall erweist sich ein kleines, halbrundes Profil als günstig, welches eine Wölbung bildet. Die gemeinsame Kammer GK und die Seitenventile können verschiedene Formen annehmen; sie müssen aber so aneinander angepaßt sein, daß sie die entsprechende Dichtheit gewährleisten. In der Fig.1 wurde außerdem noch die Anbringung der Zündkerze 12 und der Einspritzdüse 11 in der Wand des Zylinders 2 schematisch gezeigt. Das Hauptventil 4 mit Teller im Zylinder 2 funktioniert sowohl als Ein- als auch als Auslaßventil, und während der Spülung des Zylinders als Ein- und Auslaßventil gleichzeitig. In der Fig.2B wurde die Lage der Hauptventilsitzfläche HVSFK und der Seitenventilsitzfläche SVSFK im Kopf gezeigt.

In den Fig.6, 6A und 6B wurde der Hauptkanal HK und teilweise die gemeinsame Kammer GK mit dem Hauptventil 4 und der Trennwand 10 gezeigt, wobei die Lage der Seitenventilsitzfläche SVSFT auf der Trennwand angezeichnet wurde. Die Trennwand 10 ist entweder gerade oder teilweise profiliert. Im Falle einer teilprofilierten Trennwandausführung geraten die Gase während des Ansaughubs in Drehbewegung.

Die Wirkungsweise beider Ausführungsvarianten der Erfindung wurde entsprechend in Fig.7A, 7B, 7C, 7D und 7E bzw. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E dargestellt. Die Verdichtungs- und Arbeitshübe verlaufen wie in den herkömmlichen Viertaktmotoren mit den üblichen Ventilanordnungen. Die Unterschiede treten am Ende des Auspuff- und am Anfang des Ansaughubes auf.

Die Fig.7A, 7B, 7C, 7D und 7E zeigen der Reihe nach die fünf Arbeitsphasen der Ventilanordnung in der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsvariante, nämlich: Die Fig.7A gibt den Anfang wieder, die Fig.7B - das Ende des Auspuffs die Fig.7C - die Zylinderspülung, die Fig.7D - den Anfang und die Fig.7E - das Ende des Ansaugens und den Anfang der Verdichtung.

Der Auspuffhub (Fig.7A) beginnt nach dem Arbeitshub, wenn der Kolben 3 den unteren Totpunkt UT erreicht hat. Die Seitenventile 8 und 9 befinden sich in derjenigen Stellung, in der die als Einlaßkanäle dienenden Seitenkanäle SK1 und SK2 geschlossen sind, dagegen der Zentralkanal ZK (Auslaßkanal) offen ist. Anschließend beginnt der Auspuffhub und es öffnet sich das Hauptventil 4. Der Kolben 3 bewegt sich vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT und die Abgase werden aus dem Zylinder 2 (Fig.7B) ausgestoßen. Sobald der Kolben 3 in die Nähe des oberen Totenpunktes OT kommt, wird von einem der Seitenventile, z.B. dem linken Seitenventil 8 die Arbeitsbewegung durchgeführt, indem der ihm zugeordnete Teil des Zentralkanals ZK geschlossen und zugleich der ihm zugeordnete Teil des Seitenkanals SK1 geöffnet wird. Während des Verla-gerns von einer extremen in die andere extreme Lage schließt das Seitenventil 8 einen Teil des Zentralkanals ZK ab, stößt die Abgase aus der gemeinsamen Kammer in den Zentralkanal aus, öffnet den Seitenkanal SK1 (Einlaßkanal) und saugt frische Luft bzw. das Gemisch aus dem Seitenkanal SK1 ein.

Die kinetische Energie des zum Auslaß strömenden Abgasestromes bewirkt, daß aus dem offenen Seitenkanal SK1 frische Luft bzw. das Gemisch durch einen Teil der gemeinsamen Kammer GK und einen Teil des Hauptkanals HK in den Zylinder 2 eingesaugt wird, wodurch der Zylinder 3

Claims (8)

1. AT 410 005 B ausgespült wird. Nach der Spülung des Zylinders 2 vollbringt ein zweites (in diesem Falle rechtes) Seitenventil 9 die Arbeitsbewegung, indem es den ihm zugeordneten Teil des Zentralkanals ZK schließt und gleichzeitig den ihm zugeordnete Kanal, in diesem Falle den Seitenkanal SK2 öffnet. Indem sich das Seitenventil von einer extremen Lage in eine andere extreme Lage verlagert, erfüllt es wiederum die gleiche Rolle wie in der Beschreibung für das Seitenventil 8. Das Hauptventil 4 ist während Auspuff- und Ansaughubs die ganze Zeit offen. Zu Beginn des Ansaughubes ist das Hauptventil 4 offen, die Abgase sind beseitigt und der Zylinder 2 ist ausgespült. Dank einer entsprechenden Lage der Seitenventile 8 und 9 sind die Seitenkanäle SK1 uns SK2 offen, dagegen der Zentralkanal ZK geschlossen. Der Kolben 3 bewegt sich vom oberen Totenpunkt OT zum unteren Totenpunkt UT und saugt dabei frische Luft bzw. das Gemisch ein. Sobald der Kolben 3 die Position des unteren Totenpunktes UT erreicht hat, wird das Hauptventil 4 geschlossen und bleibt auch so während des Verdichtungs- und Arbeitshubes. Zu Beginn des Verdichtungshubes setzt die Bewegung des Kolbens 3 von der Position UT zur Position OT ein. Während des Verdichtungshubes schließen die Seitenventile 8 und 9 langsam und ohne dynamische Belastungen die Seitenkanäle SK1 und SK2 (Einlaß) und öffnen gleichzeitig den Zentralkanal ZK (Auslaß). Vor dem Einsetzen des Auspuffhubes sind die Seitenkanäle SK1 und SK2 (Einlaß) geschlossen, dagegen der Zentralkanal ZK (Auslaß) offen. In den Fig.8A, 8B, 8C, 8D und 8E wurden der Reihe nach die fünf Arbeitsphasen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in seiner zweiten Ausführungsvariante gezeigt, nämlich: Fig.8A gibt den Anfang des Auspuffs wieder, Fig.8B - das Ende des Auspuffs, Fig.8C - Spülung des Zylinders, Fig.8D - den Anfang des Ansaugens und Fig.8E - das Ende des Ansaugens und den Anfang der Verdichtung. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in ihrer zweiten Ausführungsvariante ist gleich wie die für die erste Variante beschriebene Wirkungsweise, wobei der Zentralkanal ZK, wie bereits erwähnt, ein Einlaßkanal ist und die Seitenkanäle SK1 und SK2 die Auslaßkanäle sind. PATENTANSPRÜCHE: 1. Ventilanordnung bei einem Viertaktverbrennungsmotor mit einem oder mehreren Zylindern, mit einem Hauptventil (4) pro Zylinder, mit Einlaß- und Auslaßkanälen, mit einer gemeinsamen Kammer (GK), verbunden mittels eines Hauptkanals (HK) mit Zylinder (2), zumindest einem Zentralkanal (ZK), verbunden mit der gemeinsamen Kammer (GK) und zumindest zwei Seitenkanälen (SK1, SK2), verbunden mit der gemeinsamen Kammer (GK), dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkanal (ZK) ein Auslaßkanal ist und die Seitenkanäle (SK1, SK2) Einlaßkanäle sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkanal (HK) und in der gemeinsamen Kammer (GK) eine Trennwand (10) angebracht ist, die den Hauptkanal (HK) in zwei Teile trennt, wobei diese Trennwand (10) aus mindesten einem Element besteht.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) ein integraler Bestandteil des Motors ist, günstigerweise ein einheitliches Gußstück mit einem Kopf oder Ventilkorb darstellt.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Kammer (GK) zumindest zwei Seitenventile (8, 9) angebracht sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenventile (8. 9) auf einer Seite, sitzflächeseitig, mit einem Spezialausschnitt (SA) versehen sind, die ihre dichte Sitzfläche gewährleistet.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Seitenkanäle (SK1, SK2), die als Einlaßkanäle dienen, schräg zum Hauptkanal (HK) gelegen und im spitzen Winkel zu der Querschnittebene des Zylinders (2) geneigt ist.
7. 7. Art der Spülung der Zylinder des Viertaktverbrennungsmotors dadurch gekennzeichnet, daß eines der Seitenventile gegen Ende des Auspuffhubs betätigt wird, zeitlich verschoben gegenüber der Betätigung des zweiten Seitenventils am Anfang des Ansaughubs, wodurch ein ständiger Durchfluß von Luft bzw. Gemisch vom Einlaß durch den Zylinder zum Auslaß 4 AT 410 005 B in einem Zeitraum hervorgerufen wird, der die Ausspülung des Zylinders gewährleistet. HIEZU
8. 8 BLATT ZEICHNUNGEN 5