AT410005B - Valve arrangement in four-stroke engines, and the kind of flushing of the four-stroke engine cylinder - Google Patents
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Description
AT 410 005 BAT 410 005 B
Die Erfindung betrifft die Ventilanordnung bei Viertaktverbrennungsmotoren und die Art der Spülung der Viertaktmotorenzylinder.The invention relates to the valve arrangement in four-stroke internal combustion engines and the type of purging of the four-stroke engine cylinders.
Die Viertaktverbrennungsmotoren mit den herkömmlichen Ventilsteuerungssystemen mit zwei oder vier (fünf) Ventilen pro Zylinder weisen in unterschiedlichen Umdrehungsbereichen verschiedene Vor- und Nachteile auf.The four-stroke internal combustion engines with the conventional valve control systems with two or four (five) valves per cylinder have different advantages and disadvantages in different rotation ranges.
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.In general it can be said that an engine with 2 valves per cylinder in the range up to approximately 3000 1 / min, whereas an engine with 4 (5) valves per cylinder in the range of more than approximately 3000 1 / min performs better. This particularly affects the degree of delivery.
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.In addition, an engine with 2 valves per cylinder has a better flow rate of charge into the cylinder than an engine with 4 (5) valves per cylinder.
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.The invention has for its object to provide a valve arrangement for four-stroke engines, in which there are no disadvantages of the conventional design solutions of the valve control systems and which at the same time the advantages of both valve arrangement systems, i.e. both one with 2 valves per cylinder and one with 4 (5) valves per cylinder.
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.In addition, the new valve arrangement system should ensure the easiest possible regulation of the opening and closing end as well as the valve lift and furthermore have a simple and closed construction.
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).The optimal solution for a valve arrangement that meets all of the conditions mentioned is a valve arrangement with a poppet valve per cylinder. And this taking into account the design, technology, regulation as well as the properties of the modern materials (silicon nitride for main valve and titanium for side valves).
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.The drive and control mechanisms for valves can have a conventional design and construction, with the exception of the camshaft (different shape of the cams) or the drive and the control of the side valves, if electrical devices are provided for this.
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,The invention is shown in the form of exemplary embodiments on a drawing and it is shown: FIG. 1 - schematically a fragment of the head and the cylinder of a four-stroke engine in cross section with a valve arrangement according to the invention,
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.2,2A - a fragment of the head with the main channel and the side channels located therein, and fragments of the so-called common chamber in the first embodiment,
Fig.2B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.2,Fig.2B - longitudinal section of line B-B with 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.3 - a fragment of the head with the main channel and the side channels located in it as well as a fragment of the so-called. common chamber in the second embodiment,
Fig.3A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.3,Fig.3A - longitudinal section of line A-A with Fig.3,
Fig.3B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.3,Fig.3B - longitudinal section of line B-B with 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. 4 - a fragment of the head with the main channel and the side channels in it and a fragment of the so-called. common chamber in the third embodiment,
Fig.4A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.4,Fig.4A - longitudinal section of line A-A with Fig.4,
Fig.4B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.4,Fig.4B - longitudinal section of line B-B with Fig.4,
Fig.5 - ein Fragment des Seitenventils,Fig. 5 - a fragment of the side valve,
Fig.6 - Hauptkanal und teilweise die gemeinsame Kammer mit Hauptventil und Trennwand, im Querschnitt, erfindungsgemäße Ventilanordnung,6 - main channel and partly the common chamber with main valve and partition, in cross section, valve arrangement according to the invention,
Fig.6A - Längsschnitt der Linie A-A mit Fig.6,Fig.6A - longitudinal section of line A-A with Fig.6,
Fig.6B - Längsschnitt der Linie B-B mit Fig.6,Fig.6B - longitudinal section of line B-B with Fig.6,
Fig.7A, 7B, 7C, 7D und 7E - schematische Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in ihrer ersten Ausführungsvariante;7A, 7B, 7C, 7D and 7E - schematic representation of the mode of operation of the valve arrangement according to the invention in its first embodiment;
Fig.8A, 8B, 8C, 8D und 8E - schematische Darstellung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in ihrer zweiten Ausführungsvariante.8A, 8B, 8C, 8D and 8E - schematic representation of the mode of operation of the valve arrangement according to the invention in its second embodiment.
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). 2The valve arrangement according to the invention form two design variants. In the first embodiment variant of the invention, the central channel ZK represents the outlet channel A and the side channels SK1 and SK2 represent the inlet channels. In the second embodiment variant, the central channel ZK represents the inlet channel and the side channels SK1 and SK2 represent the outlet channels A. 1 schematically shows a fragment of the head 1 of the four-stroke internal combustion engine, connected to the cylinder 2, in which the piston 3 is located (shown at top dead center TDC). 2
AT 410 005 BAT 410 005 B
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.The main channel HK connects the cylinder 2 to the common chamber GK. The partition 10 and the stem 4 of the main valve guided in the valve guide 5 were attached in the main duct HK. The common chamber GK located above the cylinder 2 is connected both to the central channel ZK and to the side channels SK1 and SK2. In the common chamber GK, the side valves 8 and 9, designed as flap valves, are mounted on the axes 6 and 7, which ensures their functionality and simple construction. The side valves 8 and 9 are provided on one side (on the seat surface) with a special cutout SA, as shown in FIG. 5. This cutout makes it possible for the valve guide 5 of the main valve 4 or its stem to be closely encompassed or for them to lie closely against one another or against the partition 10.
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.The design of the side valves must ensure a corresponding tightness against the walls of the common chamber GK, the valve sealing surface and the valve guide 5 of the main valve 4 or its stem. To meet these requirements cheaply, the height " h " of the side valve seat area SVSFK in the head is greater than the depth " a " of the special cutout SA in the side valves 8 and 9. If this condition is not met, a favorable result can be achieved if the underwalls UWSK1 and UWSK2 of the side channels are shaped in such a way at the junctures with the common chamber GK that the side valves 8 and 9 can close the side channels SK1 and SK2 tightly. In this case, a small, semicircular profile proves to be favorable, which forms a curvature. The common chamber GK and the side valves can take different forms; but they must be adapted to each other so that they ensure the appropriate tightness. In Figure 1, the attachment of the spark plug 12 and the injector 11 in the wall of the cylinder 2 was also shown schematically. The main valve 4 with a plate in the cylinder 2 functions both as an inlet and as an outlet valve, and simultaneously as an inlet and outlet valve during the purging of the cylinder. The position of the main valve seat surface HVSFK and the side valve seat surface SVSFK in the head was shown in FIG. 2B.
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.6, 6A and 6B, the main channel HK and partially the common chamber GK with the main valve 4 and the partition 10 were shown, the position of the side valve seat surface SVSFT being marked on the partition. The partition 10 is either straight or partially profiled. In the case of a partially profiled partition design, the gases rotate during the intake stroke.
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.The mode of operation of both design variants of the invention was correspondingly illustrated in FIGS. 7A, 7B, 7C, 7D and 7E or 8A, 8B, 8C, 8D and 8E. The compression and working strokes run as in the conventional four-stroke engines with the usual valve arrangements. The differences occur at the end of the exhaust stroke and at the beginning of the intake stroke.
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.FIGS. 7A, 7B, 7C, 7D and 7E show in sequence the five working phases of the valve arrangement in the first embodiment variant according to the invention, namely: FIG. 7A represents the beginning, FIG. 7B - the end of the exhaust, FIG. 7C - the cylinder purge, the Fig.7D - the beginning and the Fig.7E - the end of suction and the start of compression.
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.The exhaust stroke (Fig. 7A) begins after the working stroke when the piston 3 has reached bottom dead center UT. The side valves 8 and 9 are in the position in which the side channels SK1 and SK2 serving as inlet channels are closed, whereas the central channel ZK (outlet channel) is open. The exhaust stroke then begins and the main valve 4 opens. The piston 3 moves from bottom dead center UT to top dead center OT and the exhaust gases are expelled from cylinder 2 (FIG. 7B). As soon as the piston 3 comes close to the top dead center OT, one of the side valves, e.g. the left side valve 8 performs the working movement by closing the part of the central channel ZK assigned to it and at the same time opening the part of the side channel SK1 assigned to it. During the transfer from one extreme to the other extreme position, the side valve 8 closes off part of the central channel ZK, ejects the exhaust gases from the common chamber into the central channel, opens the side channel SK1 (inlet channel) and sucks in fresh air or that Mixture from the side channel SK1 on.
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 3The kinetic energy of the exhaust gas flow flowing to the outlet causes fresh air or the mixture to be sucked into the cylinder 2 from the open side channel SK1 through part of the common chamber GK and part of the main channel HK, as a result of which the cylinder 3
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- 1997-06-11 AT AT101197A patent/AT410005B/en not_active IP Right Cessation
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